비정질 Si 박막 태양전지 광열화(LID, light-induced degradation)의 미시적 메커니즘에 있어서 새로운 통찰력

HZB(Helmholtz Center Berlin)의 연구자들은 비정질 Si 기반 박막 태양전지에서 발생하는 원치 않은 효과를 깊이 이해하는데 크게 기여했다. 

그들은 Si 네트워크 내에 작은 공동(void)이 태양전지를 작동시키자마자 효율을 10~15% 정도 떨어뜨리는데 어느 정도 원인이 있다는 것을 보여줬다.  

Si 박막 태양전지의 주요한 장점은 밀리미터의 천분의 1의 두께보다 얇은 Si 막을 유리 기판에 코팅한다는 것과 상용의 결정질 Si 태양전지에 비해 셀 제조가 상당히 간단하고 저비용이라는 것이다. 

반면, 잠재적인 단점은 낮은 광전기변환 효율인데 그 원인은 비정질 Si의 무질서한 본성이 처음 동작 후 1000 시간 내에 태양전지의 효율을 15% 까지 떨어뜨리기 때문이다. 이런 현상을 Staebler-Wronski effect라고 한다. 

이 원치 않은 효과는 태양전지 셀 밖으로 뽑아내지지 못한 전하의 재결합에 의해 유발된다. 

재결합시 발생한 에너지가 비정질 네트워크 내에 결합을 유발시키는데 결함이 물질내에 어디서 생성되는지와 나노크기의 공동이 광열화에 어떤 역할을 하는지 이해하지 못하고 있었다. 

형성된 결함은 상자성 특성을 보이기 때문에 미시적인 주위 환경에 의존하는 특유의 자기 지문을 갖고 있다.  

연구자들은 EPR(electron-paramagnetic resonance) 분광기와 ESE(electron-spin echo) 실험을 이용해서  이 지문의 정체를 밝혀냈다. 

비정질 Si 내의 결함은 실제로 2 형태에서 온다: 작은 동공의 내면(internal surface)위에 있는 균일하게 분포되어 있는 결함과 클러스터 형태로 집중되어 있는 결함이다. 마이크로 동공은 태양전지 제조 과정 중에 물질내에 형성된다. 

그들은 결함의 클러스터는 단지 1~2 nm 크기의 나노 동공의 내부벽 위에 생성된다고 생각하고 있다. 

http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=13915;sprache=en;typoid=3228