나노와이어를 이용하여 태양전지의 광포집을 증가시키다

광포집을 향상시키기 위해 나노구조를 포함하는 Si 박막을 이용하면 태양전지의 효율은 더 증가된다.

지름 방향으로 형성된 p-n 접합을 갖고 있는 나노와이어를 특징으로 하는 태양전지는 높은 광포집 효율과 증가된 전하 수집을 보인다. 그 이유는 지름 방향 접합 배열에서의 전하 분리는 평면 접합 배열 보다 더 짧은 캐리어 확산 거리를 필요로 하기 때문이다.

각 나노와이어는 입사광과 결합하여 국소 공명을 일으키면서 높은 흡수 특성을 나타낸다. 이 특성은 나노와이어가 주기적인 배열이 아니더라도 나타난다.

가장 좋은 성능을 위해  나노와이어의 지름과 Si 부피율을 신중하게 조정하는 것이 필요하다.

최적의 성능은 같은 주어진 부피율에서  나노와이어의 수직 배열 형태가 정사격형이든 육각형이든 크게 영향을 받지 않으나 나노와이어 길이가 증가할 수록 광흡수율은 대수적으로 향상됐다.

더우기 다른 지름을 가지는 두 종류의 나노와이어를 밀집 육각형 주기적인 배열을 형성하도록 합치면 성능을 좀 더 향상 할 수 있는데 더 작은 지름의 와이어는 단파장의 광을 포집하는데 더 효과적이고 반면 더 긴 와이어는 장파장 광을 더 잘 흡수하기 때문이다.

실제로 듀얼-지름 나노와이어 어레이가 단일 지름 나노와이어 구성보다 광포집 특성이 우수하다.

연구자들은 수소화된 비정질 Si(aSi:H)을 활성층으로 사용하여 지름 방향 접합 태양전지 소자를 제조했다. 맨 먼저 p 도핑 결정질 Si 나노와이어 코어를 만들고 난 후 100 nm 두께의 진성 aSi:H을 증착했다. 그 다음 얇은 n 도핑 aSi:H을 코팅했다. 투명 ITO 전극을 나노와이어 위에 스퍼터링 공법으로 코팅했다.

강한 광산란이 나노와이어 내에 공명을 야기하는 광결합과 합쳐져 광흡수를 증가 시킨다.

서로 다른 나노와이어 밀도로 만들어진 소자에서 Voc 0.8 V, Jsc 16.1 mA/cm2, FF 0.628 그리고 효율 8.1%을 얻었다.

상대적으로 높은 Jsc 값은 주로 나노와이어 사이에서 효과적인 광산란에 의한 것이다.

향후, 그들의 연구는 흡수층으로써 aSi:H 대신 mcSi:H을 사용해서 Jsc을 증가시키는 것과 원자층 증착을 이용해서 ITO층의 균일도를 향상시키는 것이다.

참고: http://spie.org/x104744.xml?highlight=x2400