태양광 패널 발전 손실의 원인, 열화 현상 저비용 억제 방법 개발

summary  1. 태양전지의 성능을 저하시키는 전압유기열화(PID)를 투명전도성박막(ITO) 코팅으로 억제가능함  2. ITO 막을 피복한 셀과 피복하지 않은 셀에 2,000V 전압을 가한 결과  3. 피복하지 않은 셀이 하루만에 초기치의 출력의 10%가 됨에 비해      피복한 셀은 일주일이 지나도 출력이 저하되지 않음   4. 이후 실용화를 위해, 막 두께를 얇게할 경우의 PID 대책 효과를 실험할 예정임      source - https://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1912/19/news056.html      date - 2019年12月19日 07時00分 公開

 태양광 패널 발전 손실의 원인, 열화 현상 저비용 억제 방법 개발

~ 発電損失につながる太陽電池の劣化現象、産総研が低コストな抑制手法を新開発

산업기술종압연구소는 2019년 12월,  태양전지의 성능이 단기간에 대폭 저하하는 전압유기열화(電圧誘起劣化, PID)를  태양전지 셀 표면을 투명전도성 박막(透明導電膜)으로 코팅하는 것으로 억제할 수 있는 기술을  개발했다고 발표했다. PID는 높은 전압을 인가하는 것으로,  태양전지모듈의 성능이 단기간에  대폭 저하되어 버리는 현상이다.

특히 전압이 높은 메가와트 급의 태양광발전소에서는,  고 전위측 의 태양전지셀과 태양전지모듈의 알루미늄 프레임과의 사이의 전위차가 1,000V(볼트) 전후가 된다. 이 커다란 전위 차에 의해서 커버 유리에 포함된 나트륨 이온이 태양 전지 셀을 향하여 이동하는 것으로  PID가 발생하는 것으로 보여지지만, 확실한 메커니즘은 밝혀지지 않았다. - 이 PID의 억제제로서는 , 태양전지모듈의 봉지재(패키징packaging)의 저항률을 높이고, 태양전지셀의 반사방지막의 조성을 바꾸는 등의 대책이 연구되고 있었으나,  이 방법들은 PID의 진행을 느리게 할뿐, 완전히 억제할 수는 없었다. 또한, 이 대책들에 의해서, 제조단가 증가와 초기변환효율이 저하되어버린다는 단점이 있었다. - 여태껏 경험적으로 메가와트급의 태양광발전소에서의 PID발생은, 저항률이 높은 봉지재나,  실리콘 고성의 커다란 질화 실리콘 반사방지막을 사용하면 어느정도 억제가 되는것으로 알려졌다. 전자의 경우는 봉지재에 걸리는 전기장이 커져서, 상대적으로 반사방지막에 걸리는 전기장이 작아진다. 후자의 경우에는 질화 실리콘 반사방지막의 도전성(導電性)이 커지기 때문에,  반사방지막에 걸리는 전기장이 작아질 것이라 예상되고있다. - 그렇지만 이 대책들은 완전히 PID를 억제하기에는 부족한 것 외에,  제조 코스트가 높아지고 초기변환효율이 저하되어버린다. 산업기술종합연구소가 이번에 개발한 기술은,  표면에 반사방지막이 있는 종래형의 결정실리콘 태양전지셀을 투명전도성박막으로 피복하는 것으로,  반사방지막에 걸리는 전기장을 차폐(遮蔽)하는 것이다. 통상적인 결정실리콘 태양전지셀은,  핑거 전극이 반사방지막 내를 관통하여 셀의 이미터층에 도달하게 된다. 그것을 위해서, 반사방지막을 투명전도성박막으로 피복하면  투명전도성방막과 이미터층이 동일 전위가되어, 양자간의 어떤 반사방지막은 차폐되어, 전기장이 걸리지 않게 된다. 즉, 태양전지 셀의 반사방지막을 투명전도성박막으로 피복하면,  PID의 발생을 억제할 수 있는 가능성이 있지 않을까 하는 가설이다. 일반적인 결정 실리콘 태양전지 모듈의 단면구조도(좌) 태양전지 셀 부분의 확대도(우) 이것을 검증하기 위해서는 범용 단결정 실리콘 태양전지 셀의 반사방지막의 위에,  스퍼터링(sputtering : 1.고체 표면에 고(高)에너지 이온 입자를 충돌시킬 때 표면의 원자·분자가 튀어나오는 현상.) 에 의해 투명전도성박막에 주석첨가 산화 인듐(ITO)막을 100nm(나노미터) 두께로 형성한다. ito막으로 피복된 셀을 쓴 태양전지 모듈과 피복하지 않은 셀을 쓴 태양전지 모듈을 제작하여, 온도 85℃, 상대온도2%이하로, 셀에 2,000V의 전압을 가한다.  비교적 엄격한 조건으로 두가지 모듈의 PID 가속 실험을 실시하였다. 종래 구조의 태양전지셀을 사용한 태양전지 모듈의 단면구조도(좌) 반사방지막을 투명전도성박막으로 피복한 태양전지 셀을 사용한 태양전지 모듈의 단면 구조도(우) 그 결과, ITO막으로 피복하지 않은 태양전지 셀을 이용한 태양전지 모듈에서는,  24시간의 시험 후에 출력이 초기 치의 약 10% 정도 까지 저하되었음에 반해, ITO막으로 피복한 태양전지 셀을 사용한 모듈에서는 1주일이 지나도록 출력이 저하되지 않았다. 또한 이 가속시험의 결과 얻은 내용으로는, ITO 막으로 피복한 태양전지 셀을 사용한 모듈은  실제 발전 할 시에도 PID의 발생률을 충분히 억제할 수 있다는 것이다. 파란색 선 : 본 연구에서 개발한 구조의 태양전지 빨간색 선 : 종래 사용되고 있는 구조의 태양전지 산업기술종합연구소는 이번에 개발한 방법에 대해서,  종래에 사용되고 있었던 싼 태양전지 부자재나 셀, 모듈 구조제작 공정을 그대로 유지하는 것이 가능하고,  실용화하기 쉽고, 제조코스트의 상승을 막을 수 있는 이점도 있다고 한다. 또한, 태양전지 셀 표면의 전극이 단선된 경우,  일단 단선된 곳의 캐리어(물질내에서 전류 운반 작용을 하는 하전 입자(荷電粒子))는 수집이 불가능하나.  이번 개발한 셀에서는, 단선된 부분의 캐리어도 투명전도성박먹을 통하여 수집이 가능하여,  발전성능이 저하되지 않는다는 부차적 효과도 얻을 수 있었다. 이후, 실용화하기 위해서 투명전도성박막의 막 두께를 얇게한 경우의 PID억제 효과를 확인하는 것과 같이,  스퍼터링을 더욱 싼 가격인 웨트 코딩 등으로 형성한 투명전도성박막에 의한 PID 방지 결과도 확인한다. 더해 반사방지막에 인가된 전기장과 나트륨 이동의 관계를 상세히 조사하여,  PID의 메커니즘에 대해서 한층 더 명확히 할 계획이다. -