반도체의 밴드갭 에너지 보다 낮은 광에너지는 두께가 충분히 두꺼워도 흡수되지 않는다. 이 에너지 손실은 위 그래프에서 A영역을 나타낸다. 그리고 밴드갭 에너지 보다 높은 광에너지는 열에너지로 소실되는데 초과 광에너지(hν- Eg)는 격자 진동에 기여한다. 이 에너지 손실은 B영역을 나타낸다. 전자와 홀이 각각 conduction band 하부와 valence band 상부에 생성되더라도 Fermi level이 conduction band와 valence band 사이에 위치하기 때문에 개방전압(Voc)은 항상 밴드갭 에너지 보다 낮다. 이 손실은 C영역을 나타낸다. 동작 전압이 Voc 보다 항상 낮기 때문에 fill factor가 1 보다 작다. 이 손실은 D영역을 나타낸다.
실제 태양전지의 에너지 손실은 다음의 3가지 요인에 기인한다.
- 반사율에 의한 손실: 맨 Si 웨이퍼의 표면 반사율은 30% 정도이므로 입사광의 70% 정도가 광전기변환에 쓰일 수 있다. 반사율을 줄이기 위해 반사 방지막 코팅과 표면 texturing이 도입된다. 또한 전면의 금속 그리드가 입사광을 줄인다.
- 재결합 손실: 효율에 영향은 주는 물질 변수는 소수 캐리어 수명과 캐리어 이동도이다. 왜나하면 캐리어는 공핍층내와 공핍 영역의 가장자리로 부터 거리가 확산거리 이내에 있어야 광전류로써 수집될 수 있다. 만약 확산거리가 충분히 길지 않으면 손실이 발생한다. deep level이나 전위(dislocation)와 같은 다른 격자 결함이나 결정 입계(grain boudary)가 물질내에 있으면 확산거리는 짧아 진다. 또한 높은 불순물 도핑 역시 확산거리를 짧게 한다. Voc는 격자 결함에 의한 포화 전류의 증가에 의해 떨어진다. 전면과 후면에서의 큰 표면 재결합은 Voc와 Isc을 떨어뜨린다.
- 직렬(series)와 병렬(shunt) 저항에 의한 손실: 직렬 저항은 벌크 반도체 , 전극, 그리고 상호 연결에 의한 저항등을 뜻하고 병렬 저항은 태양전지의 가장자리를 통해 흐르는 누설 전류와 격자 결함에 의해 기인하는 저항이다.
태양전지의 두께가 충분히 두껍지 않으면 포톤의 일부가 태양전지 물질을 통과해 버려 손실이 발생한다. 또한 제한된 공정 비용하에서 이상적인 물질 특성을 얻어야 하는 어려움이 있다.
참고: nanostructured materials for solar energy conversion, Tetsuo Soga
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