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- 정상적인 조건에서 일반적인 태양광 전지의 효율은 30% 미만
- ISE의 ​​연구원들, 50% 효율 마크를 깨기 위해 2년 동안 노력
- 최신 태양 전지 집광된 햇빛 아래서 47.6%의 효율을 달성, 기존보다 1.5% 높아
- 접촉층과 4층 반사 방지층으로 이 적층형 태양 전지를 추가로 최적화해

다중 태양전지 신기록
이중 탠덤 태양 전지는 집중된 햇빛에서 47.6%의 효율을 달성했다.

독일 연구팀이 다중 태양 전지의 효율을 처음으로 47.6%로 높였다. 

이 기록적인 값은 실험실에서 고도로 집중된 햇빛에서만 달성할 수 있다. 그럼에도 불구하고 2개의 탠덤 태양전지를 겹겹이 쌓은 모듈은 세계에서 가장 효율적인 태양전지다. 이러한 다중 접합 태양 전지의 응용 분야는 무엇보다도 집광형 광전지 시스템이다. 

▲ 이 소형 태양광 모듈은 2개의 중첩된 탠덤 태양 전지로 구성되며 새로운 효율 기록을 달성했다. ©프라운호퍼 ISE

기존 실리콘 태양 전지, 유기 박막 모듈 또는 탠덤 태양 전지:
광전지 모듈의 성능과 관련해 효율성은 매우 중요하다. 태양광이 얼마나 효율적으로 전기 에너지로 변환되는지를 나타내므로 전기 생산량, 비용 및 태양 에너지 생성의 지속 가능성을 결정한다. 정상적인 조건에서 일반적인 태양광 전지의 효율은 30% 미만이다. 따라서 태양 에너지의 많은 양이 사용되지 않는다.

스택에서 더 효율적

탠덤 태양 전지는 이 상황을 해결해야 한다. 여기에는 서로 다른 반도체 재료로 만들어진 여러 태양 전지가 서로 겹쳐져 있다. 이러한 물질은 각각 약간 다른 스펙트럼 범위의 빛을 흡수하여 전기로 변환할 수 있기 때문에 이러한 다중 태양 전지의 효율이 더 높다. ISE(Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems)의 ​​연구원들은 50% 효율 마크를 깨기 위해 2년 동안 노력해 왔다.

"50%" 프로젝트의 일환으로 그들은 복잡한 다중 접합 태양 전지의 각 개별 레이어를 더욱 최적화하는 방법을 찾고 있다. 금속 접점과 표면의 반사 방지 코팅에 대한 개선 사항도 연구되고 테스트되고 있다. 또한 과학자들은 국제적으로 인정된 교정 표준에 따라 셀을 측정할 수 있도록 측정 기술을 더욱 발전시키고 있다. 

▲ 4중 태양전지의 효율은 태양광이 집중될수록 증가하며 최대값은 47.6%에 이른다. ©프라운호퍼 ISE

47.6% 효율성

프로젝트 팀은 이제 첫 번째 돌파구를 마련했다. 그들의 최신 태양 전지는 집광된 햇빛 아래서 47.6%의 효율을 달성했다. 이는 그들의 태양광 모듈이 현재까지 최고의 4중 태양 전지의 효율을 1.5% 초과한다는 것을 의미한다. 이는 새로운 세계 기록이다. Fraunhofer ISE의 ​​Frank Dimroth는 "이 결과에 만족한다“라고 말했다.

새로운 기록을 달성한 셀은 두 개의 적층 탠덤 태양 전지로 구성된다. 상부는 갈륨-인듐-인화물(GaInP)과 알루미늄-갈륨-비소(AlGaAs)로, 하부는 갈륨-인듐-비소-인화물(GaInAsP)과 갈륨-인듐-비소(GaInAs)로 만들어진다. 이 조합을 통해 태양 전지 스택은 300~1,780나노미터의 넓은 스펙트럼 범위에서 빛을 흡수할 수 있다. 기존 실리콘 태양 전지는 약 1,200나노미터에 도달하므로 적외선 범위까지는 그리 멀지 않다.
연구원들은 이제 개선된 접촉층과 4층 반사 방지층으로 이 적층형 태양 전지를 추가로 최적화했다. 결과적으로 저항 손실이 감소하고 셀 전면에서 반사가 감소한다.

햇볕이 잘 드는 지역의 집광형 태양광 발전에 적합

과학자들에 따르면 현재 달성된 효율성의 증가는 다중 태양 전지로 더 많은 효율성을 달성할 수 있음을 보여준다. 프라운호퍼 ISE(Fraunhofer ISE)의 스테판 글룬츠(Stefan Glunz)는 "탠덤 광전지를 사용하면 단일 태양 전지의 한계를 뒤로하고 궁극적으로 태양 전기 비용을 줄이는 것이 가능하다"라고 말했다. 그의 팀은 최근 프라이부르크에서 열린 제2회 국제 TandemPV 워크샵에서 결과를 발표했다.

Glunz는 "이러한 고효율 탠덤 태양 전지의 가능한 응용 프로그램에는 집광기 광전지 시스템이 포함되며, 이는 태양이 풍부한 국가에서 효율적인 에너지 생성에 기여한다"라고 설명했다. 이러한 시스템을 사용하면 햇빛도 렌즈에 의해 강하게 묶이기 때문에 집중된다.
출처: Fraunhofer 태양 에너지 시스템 연구소 ISE

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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