태양 전지 효율

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1. 개요
2. 에너지 변환 효율에 영향을 미치는 요인
3. 효율 비교
- 3.1. 에너지 회수 시간
4. 효율 향상을 위한 기술적 방법
5. 기록
참조

1. 개요

태양 전지 효율은 태양 전지가 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 능력을 나타내는 지표이다. 에너지 변환 효율에 영향을 미치는 요인들은 열역학적 효율 한계, 궁극 효율(쇼클리-퀘이서 한계), 양자 효율, 최대 전력점, 충전율 등이 있으며, 이러한 요소들은 태양 전지의 성능을 결정하는 데 중요한 역할을 한다. 효율을 높이기 위해 투명 전도체 선택, 광 산란 촉진, 반사 방지 코팅 및 텍스처링, 복사 냉각, 후면 표면 패시베이션, 박막 재료 사용, 탠덤 셀(다중 접합 셀) 등의 기술적 방법이 사용된다. 2019년에는 다중 접합 집광형 태양 전지를 사용하여 47.1%의 세계 기록이 달성되었다.

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태양 전지 효율
개요
다양한 태양 전지 기술의 효율성 차트
정의	태양 전지가 햇빛에서 추출하는 에너지 비율
상세 정보
영향 요인	재료 품질 태양 스펙트럼 설계 제조 기술
중요성	전력 생산량 비용 지속 가능성
측정	표준 조건에서 측정
유형별 효율
결정질 실리콘 태양 전지	26.7% (실험실), 20% (상업용)
박막 태양 전지	23.4% (CdTe), 21.0% (CIGS) (실험실)
다중 접합 태양 전지	47.6% (실험실, 집중 조명)
페로브스카이트 태양 전지	25.7% (실험실)
제한 사항
쇼클리-퀘서 한계	약 33.7% (단일 접합 태양 전지)
열화	시간이 지남에 따라 효율 감소
스펙트럼 손실	특정 파장의 빛만 흡수
발전 및 연구 동향
발전	재료 과학 나노 기술 고급 셀 설계
연구	효율 향상 비용 절감 안정성 향상
기타 정보
참고 자료	다양한 과학 논문 및 연구 보고서
관련 용어	태양 전지 광전 효과 에너지 변환 효율

2. 에너지 변환 효율에 영향을 미치는 요인

윌리엄 쇼클리와 한스 퀘이서는 1961년 논문에서 에너지 변환 효율에 영향을 미치는 요인들을 자세히 설명했다.^[12]

2019년, 태양 전지 효율의 세계 기록은 다중 접합 집광형 태양 전지를 사용하여 달성한 47.1%이며, 미국 콜로라도주 골든의 미국 국립재생에너지연구소가 개발했다.^[61] 2020년 4월 14일 국제학술지 네이처 에너지(Nature Energy)에는 미국 재생에너지연구소(NREL)의 새로운 태양전지 개발 연구성과가 실렸는데, 연구진이 개발한 태양전지는 집중 조명(143배 집광) 조건에서 47.1%의 효율을, 일반 조명 조건에서 39.2%의 효율을 기록했다. 이는 지금까지 보고된 여러 태양전지 중 가장 높은 기록이다.

2. 1. 열역학적 효율 한계

윌리엄 쇼클리와 한스 퀘이서는 1961년 논문에서 에너지 변환 효율에 영향을 미치는 요인들을 자세히 설명했다.^[12] 자세한 내용은 쇼클리-퀘이서 한계 문서를 참조하면 된다.

열원 T|s^영어와 냉각 방열판 T|c^영어가 있을 때, 공급되는 열에서 얻는 일(또는 전력)의 최대 이론적 비율은 카르노 열기관에서 얻을 수 있는 이다. 태양 온도를 6000 K, 지구의 주변 조건을 300 K로 하면 95%가 된다. 1981년 알렉시스 드 보스와 헤르만 파웰스는 무한히 많은 수의 셀 스택을 사용하면 이를 달성할 수 있음을 보였다. 이때 밴드갭은 무한대(들어오는 광자가 처음 만나는 셀)에서 0까지이며, 각 셀의 전압은 개방 회로 전압에 매우 가깝고 해당 셀 밴드갭의 95%와 같다. 또한 모든 방향에서 6000 K의 흑체 복사가 들어온다. 그러나 이때 달성되는 95% 효율은 전력이 흡수된 빛의 '순' 양의 95%를 의미한다. 스택은 0이 아닌 온도를 가지므로 복사를 방출하며, 열 전달량과 효율을 계산할 때 이 복사를 입사 복사에서 빼야 한다.

또한, 이들은 모든 방향에서 6000 K 흑체 복사에 의해 조명되는 스택의 전력 출력을 최대화하는 문제를 고려했다. 이 경우 전압은 밴드갭의 95% 미만으로 낮춰야 한다(이 비율은 모든 셀에서 일정하지 않음). 계산된 최대 이론적 효율은 무한히 많은 수의 셀 스택의 경우 86.8%이며, 입사 집중 태양광 복사를 사용한다.^[13] 입사 복사가 태양 크기의 하늘 영역에서만 오는 경우 효율 한계는 68.7%로 떨어진다.^[14]

2. 2. 궁극 효율 (쇼클리-퀘이서 한계)

일반적인 태양 전지 시스템은 하나의 p-n 접합만을 가지고 있어 윌리엄 쇼클리와 한스 퀘이서가 "궁극 효율"이라고 명명한 낮은 효율 한계에 놓인다. 흡수 물질의 띠틈보다 낮은 에너지를 가진 광자는 전자-정공 쌍을 생성할 수 없어 유용한 출력으로 변환되지 않으며, 흡수될 경우 열만 발생시킨다. 띠틈 에너지보다 높은 에너지를 가진 광자의 경우, 띠틈보다 높은 에너지의 일부만 유용한 출력으로 변환될 수 있다. 더 큰 에너지를 가진 광자가 흡수되면 띠틈 이상의 과도한 에너지는 캐리어 조합의 운동 에너지로 변환된다. 과도한 운동 에너지는 캐리어의 운동 에너지가 평형 속도로 느려지면서 포논 상호 작용을 통해 열로 변환된다. 태양 스펙트럼에 최적의 띠틈을 가진 전통적인 단일 접합 셀은 최대 33.16%의 이론 효율을 가지며, 이는 쇼클리-퀘이서 한계이다.^[15]

여러 개의 띠틈 흡수 물질을 가진 태양 전지는 태양 스펙트럼을 각 빈에 대해 열역학적 효율 한계가 더 높은 더 작은 빈으로 나누어 효율을 향상시킨다.^[16]

2. 3. 양자 효율

양자 효율은 태양 전지가 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정에서 중요한 역할을 한다. 광자가 태양 전지에 흡수되면 전자-정공 쌍을 생성할 수 있는데, 이 중 일부는 전류에 기여하게 된다. 이때 전류에 기여하는 전하 운반자를 "수집되었다"고 표현한다.

양자 효율은 단락 조건에서 태양 전지가 작동할 때, 흡수된 광자 중 실제로 전류를 생성하는 데 기여하는 광자의 비율을 나타낸다. 즉, 얼마나 많은 광자가 전자-정공 쌍을 생성하고, 이들이 효과적으로 전류로 변환되는지를 보여주는 지표이다.

양자 효율에는 외부 양자 효율(EQE)과 내부 양자 효율(IQE) 두 가지 유형이 있다.

외부 양자 효율(EQE, External Quantum Efficiency): 태양 전지의 실제 측정 가능한 특성과 관련이 있다. 여기에는 빛의 투과 및 반사와 같은 광학적 손실이 포함된다. 예를 들어, 실리콘 태양 전지의 경우, 표면 반사로 인해 입사 에너지의 최대 10%가 손실될 수 있는데, 이는 텍스처링(texturing)과 같은 광 포획(light trapping) 기술을 통해 줄일 수 있다.^[17]
내부 양자 효율(IQE, Internal Quantum Efficiency): 흡수 계수나 내부 발광 양자 효율과 같이 태양 전지 재료 자체의 특성을 나타낸다.^[18] IQE는 주로 특정 재료의 잠재력을 이해하는 데 사용된다.^[18]

양자 효율은 주로 특정 파장의 빛에 대한 효율을 나타내는 스펙트럼 측정값으로 표현된다. 이는 각 파장마다 빛의 흡수 효율이 다르기 때문이며, 이를 통해 반도체 재료의 품질에 대한 정보를 얻을 수 있다.

하지만 양자 효율은 태양 전지가 변환하는 전력의 비율, 즉 전체 에너지 변환 효율과는 다르다는 점에 유의해야 한다.

2. 4. 최대 전력점

태양 전지는 넓은 범위의 전압(V) 및 전류(I)에서 작동할 수 있다. 조사된 전지에 가해지는 저항 부하를 0(''단락'')에서 매우 높은 값(''개방 회로'')까지 지속적으로 증가시키면 V×I를 최대화하는 지점, 즉 최대 전력 지점을 결정할 수 있다. 이곳은 해당 수준의 조도에서 전지가 최대 전기적 전력을 전달할 수 있는 부하이다. (출력 전력은 단락 및 개방 회로 극단 모두에서 0이다).^[12]

태양 전지의 최대 전력점은 온도에 따라 영향을 받는다. 특정 태양 전지의 기술 데이터를 알고 있으면 특정 온도에서의 전력 출력을 다음 식으로 구할 수 있다.

:

P(T)=P_{STC} + \frac{dP}{dT}(T_{cell} - T_{STC})

여기서

P_{STC}

는 표준 테스트 조건에서 생성된 전력이고,

T_{cell}

은 태양 전지의 실제 온도이다.

광전지의 최대 전력점은 입사 조도에 따라 달라진다. 예를 들어, 광전지 패널에 먼지가 쌓이면 최대 전력점이 감소한다.^[19] 최근에는 정전기 세정 시스템을 활용하여 태양광 패널에서 먼지를 제거하기 위한 새로운 연구가 개발되었다. 이러한 시스템에서 태양광 패널 표면에 가해지는 정전기장은 먼지 입자가 "플립플롭" 방식으로 움직이게 한다.^[20] 그러면 중력과 태양광 패널이 약간 기울어져 있다는 사실 때문에 먼지 입자는 중력에 의해 아래로 당겨진다.^[20] 이러한 시스템은 적은 전력 소비만 필요하며 태양 전지의 성능을 향상시키는데, 특히 먼지 축적이 태양광 패널의 성능 저하에 영향을 주는 사막에 설치할 때 더욱 효과적이다. 또한 추가 비용을 정당화할 만큼 큰 시스템의 경우 최대 전력점 추적기가 전압과 전류 (및 전력 전달)를 지속적으로 측정하여 순간 전력을 추적하고, 이 정보를 사용하여 조명의 변화에 관계없이 최대 전력이 ''항상'' 전달되도록 부하를 동적으로 조정한다.

2. 5. 충전율 (Fill Factor)

충전율(Fill Factor, FF)은 태양 전지의 품질을 측정하는 척도이다. 이는 최대 전력점(P_m)에서 사용 가능한 전력을 개방 회로 전압(V_OC)과 단락 전류(I_SC)의 곱으로 나눈 값이다.

:FF^영어 = P_m^영어 / (V_OC^영어 × I_SC^영어) = (η × A_c^영어 × G^영어) / (V_OC^영어 × I_SC^영어)

충전율은 IV 스윕 그래프에서 서로 다른 직사각형 면적의 비율로 나타낼 수 있다.^[21]

충전율은 전지의 직렬, 분로 저항 및 다이오드 손실 값에 직접적인 영향을 받는다. 직렬 저항(R_s)을 감소시키고 분로 저항(R_sh)을 증가시키면 충전율이 높아져 효율이 높아지고, 전지의 출력 전력이 이론적 최대값에 더 가까워진다.^[22]

일반적인 충전율은 50%에서 82% 사이이다. 일반적인 실리콘 PV 전지의 충전율은 80%이다.

3. 효율 비교

태양 전지의 효율은 비정질 실리콘 기반 태양 전지의 6%에서 다중 접합 태양 전지 생산 셀의 44.0%, 하이브리드 패키지에 조립된 다중 다이의 44.4%까지 다양하다.^[23]^[24] 상용 ''다결정 Si'' 태양 전지의 에너지 변환 효율은 약 14~19%이다.^[25]

태양 전지의 에너지 변환 효율은 전기 출력값을 입사광 전력으로 나누어 측정한다. 출력에 영향을 미치는 요인으로는 스펙트럼 분포, 전력의 공간 분포, 온도 및 저항 부하가 있다. IEC 표준 61215는 셀의 성능을 비교하는 데 사용되며, 표준(지상, 온대) 온도 및 조건(STC): 복사 조도 1kW/m², AM(에어 매스) 1.5를 통한 태양 복사에 가까운 스펙트럼 분포, 셀 온도 25°C를 기준으로 설계되었다.

에어 매스는 출력에 영향을 준다. 대기가 없는 우주에서는 태양의 스펙트럼이 비교적 필터링되지 않지만, 지구에서는 공기가 입사광을 필터링하여 태양 스펙트럼을 변경한다. 예를 들어, 우주의 실리콘 태양 전지는 AM0에서 14%의 효율을 가질 수 있지만, 지구에서는 AM 1.5에서 16%의 효율을 가질 수 있다.

2019년, 태양 전지 효율 세계 기록은 다중 접합 집광형 태양 전지를 사용하여 달성한 47.1%이며, 미국 콜로라도주 골든의 미국 국립재생에너지연구소가 개발했다.^[61] 2020년 4월 14일 네이처 에너지(Nature Energy)에는 NREL의 새로운 태양전지 개발 연구성과가 실렸는데, 연구진이 개발한 태양전지는 집중 조명(143배 집광) 조건에서 47.1%의 효율을, 일반 조명 조건에서 39.2%의 효율을 기록했다.

그러나 가장 높은 효율의 셀이 항상 가장 경제적인 것은 아니다. 예를 들어, 갈륨비소나 셀렌화 인듐과 같은 특수 재료를 기반으로 한 30% 효율의 다중 접합 셀은 소량 생산 시 대량 생산되는 8% 효율의 비정질 실리콘 셀보다 100배 더 비쌀 수 있지만, 출력은 약 4배 정도만 높다.

태양 전력을 "증폭"하는 방법으로는 광 강도를 증가시키는 집광형 시스템이 있다. 일반적인 집광 시스템은 태양의 6~400배의 광 강도를 사용할 수 있으며, AM 1.5에서 31%인 1개의 태양 GaAs 셀의 효율을 35%로 증가시킬 수 있다.

경제적 비용을 표현하는 일반적인 방법은 전달된 킬로와트시(kWh)당 가격을 계산하는 것이다.

3. 1. 에너지 회수 시간

에너지 회수 시간은 현대적인 태양광 모듈을 제조하는 데 소모된 에너지를 생산하는 데 필요한 회수 시간을 의미한다. 2008년 추정치에 따르면 모듈 유형과 위치에 따라 1~4년이다.^[29]^[30] 일반적인 수명이 20~30년이므로, 이는 현대적인 태양 전지가 순 에너지 생산자, 즉 제조에 소모된 에너지보다 수명 동안 더 많은 에너지를 생산한다는 것을 의미한다.^[29]^[31]^[32] 일반적으로, 박막 기술은 비교적 낮은 변환 효율에도 불구하고 기존 시스템보다 훨씬 짧은 에너지 회수 시간을 달성한다(종종 1년 미만).^[33]

2013년에 발표된 연구에 따르면 에너지 회수 시간은 0.75년에서 3.5년 사이였으며, 박막 전지는 가장 짧고 다결정 실리콘(multi-Si) 전지는 1.5~2.6년의 회수 시간을 가졌다.^[34] 2015년 검토에서는 태양광 발전의 에너지 회수 시간과 EROI를 평가했다. 연간 1,700kWh/m²의 일사량과 30년의 시스템 수명을 사용하는 이 메타 연구에서 평균 조화된 EROI는 8.7에서 34.2 사이였다. 평균 조화된 에너지 회수 시간은 1.0년에서 4.1년까지 다양했다.^[35] 결정질 실리콘 장치는 평균 2년의 에너지 회수 기간을 달성한다.^[29]^[36]

다른 기술과 마찬가지로 태양 전지 제조는 복잡한 글로벌 산업 제조 시스템의 존재에 달려 있다. 여기에는 일반적으로 제조 에너지 추정치에 포함되는 제조 시스템, 우발적인 채굴, 정제 및 글로벌 운송 시스템, 그리고 금융, 정보, 보안 시스템을 포함한 기타 에너지 집약적 지원 시스템이 포함된다. 이러한 에너지 오버헤드를 측정하는 데 어려움이 있어 회수 시간에 대한 모든 추정치에 불확실성이 부여된다.^[37]

4. 효율 향상을 위한 기술적 방법

태양 전지 효율을 향상시키기 위해 다양한 기술적 방법들이 연구되고 있다. 주요 기술로는 최적 투명 전도체 선택, 광 산란 촉진, 반사 방지 코팅 및 텍스처링, 복사 냉각, 후면 표면 패시베이션, 박막 재료, 탠덤(다중 접합) 셀 등이 있다.

4. 1. 최적 투명 전도체 선택

일부 유형의 태양 전지, 특히 박막 태양 전지의 조명 측면에는 빛이 활성 물질로 들어가 생성된 전하 캐리어를 수집할 수 있도록 투명 전도성 필름이 부착되어 있다. 일반적으로 인듐 주석 산화물, 전도성 고분자 또는 전도성 나노와이어 네트워크와 같이 투과율과 전기 전도성이 높은 필름이 이 목적으로 사용된다.^[6] 높은 투과율과 전기 전도성 사이에는 상충 관계가 있으므로, 높은 효율을 위해서는 전도성 나노와이어 또는 전도성 네트워크 구조의 최적 밀도를 선택해야 한다.^[6]

4. 2. 광 산란 촉진

태양 전지에 빛 산란 효과를 포함시키는 것은 태양 전지 재료가 흡수 계수가 감소하는 저에너지 태양광 광자(주로 근적외선 범위)의 흡수를 증가시키기 위한 광학 전략이다. 이러한 광 포획 방식은 빛의 광선을 입사 방향에서 벗어나게 함으로써 전지 흡수체 내에서 광선의 경로 길이를 증가시켜 수행된다.^[39] 빛 확산을 구현하는 데 사용되는 기존 방식은 텍스처 처리된 후면/전면 표면을 기반으로 하지만, 회절 격자, 금속 또는 유전체 나노/마이크로 입자 배열, 파동 광학 마이크로 구조화 등과 같은 유망한 결과를 보이는 많은 대체 광학 디자인이 시연되었다.^[40] 이러한 구조가 장치의 전면에 적용되면 기하학적 반사 방지 코팅 역할을 하여 외부로 나가는 빛의 반사를 동시에 줄일 수 있다.

예를 들어, 전지의 빛을 받는 표면에 나노 크기의 금속 스터드를 배치하면 전지 효율을 실질적으로 높일 수 있다. 빛은 이러한 스터드에서 전지에 대해 비스듬한 각도로 반사되어 전지를 통과하는 빛 경로의 길이를 늘린다. 이렇게 하면 전지에 흡수되는 광자의 수와 생성되는 전류량이 증가한다.^[41] 나노 스터드에 사용되는 주요 재료는 은, 금, 알루미늄이다. 금과 은은 가시광선 스펙트럼의 많은 빛을 흡수하여 태양광에 존재하는 대부분의 에너지를 포함하고 전지에 도달하는 빛의 양을 줄이기 때문에 그다지 효율적이지 않다.^[41] 알루미늄은 자외선만 흡수하고 가시광선과 적외선을 모두 반사하므로 에너지 손실이 최소화된다. 알루미늄은 전지 효율을 최대 22%(실험실 조건에서)까지 높일 수 있다.^[42]

4. 3. 반사 방지 코팅 및 텍스처링

반사 방지 코팅은 태양 전지에서 반사되는 햇빛을 줄여 광전지 흡수체로 전달되는 빛을 향상시키기 위해 설계되었다.^[43] 이는 전면 (다중)층 구성을 기반으로 한 코팅과 같이 반사된 빛의 파동의 파괴적 간섭을 유발하거나, 표면 지형에 의해 발생하는 기하학적 굴절률 매칭을 통해 수행할 수 있으며, 많은 구조가 자연에서 영감을 받았다.^[44] 예를 들어, 나비 눈의 표면에서 볼 수 있는 젖꼭지 배열, 즉 육각형의 아원자 원뿔형 나노 구조 배열이 있다.^[44] 이러한 종류의 표면 구조를 활용하면 반사 손실을 25% 줄이고, 추가로 포착된 광자를 태양 전지 에너지의 12% 증가로 변환한다고 보고되었다.^[44]

텍스처링 또는 기타 광자 기능을 통해 구현되는 전면 미세 구조의 사용은 또한 반사 방지성을 달성하는 방법으로 사용될 수 있다. 이 경우 태양 전지 표면이 변경되어 입사광이 공기에서 광전지 재료로 이동할 때 점진적으로 증가하는 유효 굴절률을 경험하게 된다. 이러한 표면은 에칭 또는 리소그래피를 사용하여 생성할 수 있다. 동시에, 특히 더 긴 파장의 햇빛 광자의 흡수를 더욱 향상시키는 빛 산란 효과를 촉진한다.^[38] 전면 표면의 텍스처링 외에 평평한 뒷면 표면을 추가하면 빛을 셀 내부에 가두는 데 더욱 도움이 되므로 더 긴 광학 경로를 제공한다.

4. 4. 복사 냉각

태양 전지는 온도가 약 1°C 상승하면 효율이 약 0.45% 감소한다. 이를 방지하기 위해 투명한 실리카 결정층을 태양광 패널에 적용할 수 있다. 실리카 층은 열 흑체 역할을 하여 열을 적외선 복사 형태로 우주로 방출하여 전지를 최대 13°C까지 냉각시킨다.^[45] 따라서 복사 냉각은 태양 전지의 수명을 연장할 수 있다.^[46] 태양 에너지와 복사 냉각의 전체 시스템 통합은 결합된 SE-RC 시스템이라고 하며, 통합되지 않은 시스템에 비해 단위 면적당 더 높은 에너지 이득을 보였다.^[47]

4. 5. 후면 표면 패시베이션

표면 패시베이션은 태양 전지 효율에 매우 중요하다.^[48] 대량 생산되는 태양 전지의 전면에서는 많은 개선이 이루어졌지만, 알루미늄 후면 표면은 효율 개선을 방해하고 있다.^[49] 많은 태양 전지는 패시베이션된 에미터 및 후면 셀(PERC)을 생성함으로써 효율 개선의 이점을 얻었다. 얇은 실리카 또는 알루미늄 산화물 필름 위에 질화 규소 필름으로 덮인 후면 표면 유전체 패시베이션 층 스택의 화학적 증착은 실리콘 태양 전지의 효율을 향상시키는 데 도움이 된다. 이는 Cz-Si 웨이퍼 재료의 셀 효율을 2010년대 중반까지 17%에서 21% 이상으로 증가시키는 데 기여했으며,^[50] 준-모노-Si의 셀 효율은 최고 19.9%까지 증가했다.

실리콘 태양 전지용 후면 표면 패시베이션 개념은 CIGS 태양 전지에도 구현되었다.^[51] 후면 표면 패시베이션은 효율을 향상시킬 수 있는 잠재력을 보여준다. Al₂O₃ 및 SiO₂는 패시베이션 재료로 사용되어 왔다. Al₂O₃ 층의 나노 크기 점 접촉^[52]과 SiO₂ 층의 라인 접촉^[53]은 CIGS 흡수체의 전기적 연결을 후면 전극인 몰리브덴에 제공한다. Al₂O₃ 층의 점 접촉은 전자빔 리소그래피로 생성되고, SiO₂ 층의 라인 접촉은 포토리소그래피를 사용하여 생성된다. 또한 패시베이션 층을 구현해도 CIGS 층의 형태는 변경되지 않는다.

4. 6. 박막 재료

얇은 막 태양 전지에도 참조

박막 재료는 저렴한 비용과 기존 기술 구조 및 프레임워크에 대한 적응성 측면에서 태양 전지에 많은 가능성을 보여준다.^[54] 재료가 매우 얇기 때문에 벌크 재료 태양 전지의 광학적 흡수를 따라가지 못한다. 이를 보완하기 위해 빛 산란을 촉진하는 빛 가둠 방식을 사용하려는 시도가 이루어졌다.^[55] 또한 박막 표면 재결합도 중요한데, 이는 나노 스케일 박막 태양 전지의 지배적인 재결합 과정이므로 효율에 매우 중요하다. 부동태화된 얇은 이산화 규소 층을 추가하면 재결합을 줄일 수 있다.

4. 7. 탠덤 (다중 접합) 셀

다중 접합 태양 전지는 서로 다른 밴드갭을 가진 여러 개의 태양 전지를 결합하여 넓은 범위의 태양광 스펙트럼을 흡수함으로써 효율을 극대화한다.

2019년, 미국 콜로라도주 골든의 미국 국립재생에너지연구소는 다중 접합 집광형 태양 전지를 사용하여 47.1%의 태양 전지 효율 세계 기록을 달성했다.^[61] 2020년 4월 14일 국제학술지 네이처 에너지(Nature Energy)에 실린 미국 재생에너지연구소(NREL)의 연구성과에 따르면, 연구진이 개발한 태양전지는 집중 조명(143배 집광) 조건에서 47.1%, 일반 조명 조건에서 39.2%의 효율을 기록했으며, 이는 지금까지 보고된 여러 태양전지 중 가장 높은 기록이다.

탠덤 태양 전지는 두 가지 재료를 결합하여 효율을 높인다. 2022년에는 여러 겹의 실리콘과 페로브스카이트를 결합한 장치가 발표되었다. 페로브스카이트는 파란색 빛을 효율적으로 포착하고 변환하는 능력이 뛰어나며, 실리콘은 빨간색과 적외선 파장을 흡수하는 데 능숙하다. 이러한 페로브스카이트와 실리콘의 독특한 시너지 효과는 태양 스펙트럼을 보다 포괄적으로 흡수하여 광전지 장치의 전반적인 효율성과 성능을 향상시킨다. 이 셀은 32.5%의 효율을 달성했다.^[56]

5. 기록

2019년, 다중 접합 집광형 태양 전지를 사용하여 달성한 태양 전지 효율의 세계 기록은 47.1%이며, 미국 콜로라도주 골든의 미국 국립재생에너지연구소가 개발한 것이다.^[61]

2020년 4월 14일, 국제학술지 네이처 에너지(Nature Energy)에 미국 재생에너지연구소(NREL)의 새로운 태양전지 개발 연구성과가 실렸다. 연구진이 개발한 태양전지는 집중 조명(143배 집광) 조건에서 47.1%의 효율을, 일반 조명 조건에서 39.2%의 효율을 기록했는데, 이는 지금까지 보고된 여러 태양전지 중 가장 높은 기록이다.

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