5. 태양전지 제작 공정

태양전지 제작 공정

태양전지를 만드는 방법은 다양하게 있고

각 방법에 따라 효율이 달라지게 되는데

현재 가장 많이 만들어지는 방식에서

큰 흐름은 위와 같다

 

 

단결정의 경우와 다결정의 경우에 따라

표면처리 방식과 시간이 다르고

대부분 습식 공정을 통해 표면 구조를 만든다

 

 물질의 구조나 재질에 따라 특정 방향으로의

표면이 깎여 나가는 속도가 다른 성질을 이용하여

표면 구조를 형성하는 것이 가능하다

 

단결정인지 다결정인지에 따라 

용액이 다른 이유가 깎여 나가는 방향이나

속도가 다르기 때문이다

 

최근에는 플라즈마를 활용한

건식 공정도 활용되고 있다

플라스마 환경에서 입자의 충돌을 통해

표면을 깎는 방식이다

 

표면처리의 주된 이유는 실리콘이 가지는

큰 표면 반사율을 낮추는 것에 목표가 있으며

~40% 수준에서  ~10% 수준까지 낮추는 것이 가능하다

 

 

실리콘 기판만 가지고는 태양광 발전이 불가능하다

P-N 접합을 만들어 주어야 하는데

이러한 과정을 도핑이라고 한다

기판이 P 타입일 경우 N 도핑을 해주고

기판이 N 타입일 경우 P 도핑을 해준다

 

이렇게 도핑이되어 P-N 접합이 이루어지면

비로소 햇빛을 받았을 때 발전이 가능하다

 

도핑은 다양한 방식이 있는데 

기본적으로는 열 확산에 의한 도핑이 

가장 많이 사용되고 있다

 

이렇게 형성된 구조에서도 여전히 실리콘은 

높은 표면 반사율을 가지고 있다

 

이를 낮추기 위해 표면에 특정 막을 입히게 되는데

빛의 굴절률을 이용하여

특정 굴절률에서 입사되는 빛은 더 많아지고

반사되는 빛은 최소화 되는 조건을 찾아

반사율을 ~2% 수준까지 낮추는 것이 가능하다

 

CVD와 같은 방식의 증착을 이용하여 

표면을 형성하며 SiOx, SiNx재질이 가장 많이

활용되고 있다

 

이렇게 생성된 전기(전자, 홀)는

수집되어야만 사용할 수 있는데

그렇게 하기 위해 전극을 형성해 주어야 한다

각 전자와 홀은 음극과 양극에 전달되어야 하는데

이를 위해 금속재질의 양극을 형성해주면 된다

 

하지만 저렴하게 만드는 것이 가장 중요한 태양광 발전에서는

고비용의 공정을 피하는 것이 중요한데

프린팅을 통해 금속 알갱이를 

실리콘 표면에 패턴을 입힐 수 있다

 

단 이런 식으로 형성하면 전극이 모두 실리콘에 연결되지 않아

별도의 공정을 통해 연결해주는 것이 필요하게 된다

 

위에서 패턴된 금속을 실리콘에

연결하기 위해 열을 가해 녹이고

실리콘에 연결시킨다

 

공정 조건을 잘 잡지 못하면

연결이 잘 되지 않았거나

너무 과하게 연결되어 

효율이 잘 나오지 않는다

 

이렇게 만들어진 셀들은 종류별로 분류한다

햇빛에 가까운 빛을 비추어

나오는 효율에 따라 분류한다

효율이 다른 셀을 활용해 모듈을 제작하면

낮은 효율에 맞게 조정되기 때문에

효율에서 손해를 보게 된다

 

따라서 비슷한 성능을 가지는 셀을 모아서

모듈로 제작하는 것이 일반적이다

 

물론 자세하게 다루자면 정말 복잡하고 

정교한 공정들이지만 간단하게 다루어 보았고

기회가 되면 각 단위 공정에 대해 깊게 알아보는

시간도 가져볼까 한다

 

 

 

출처 [참고문헌]

1. 신, 재생에너지공학 - 강형식외 4인, 태영문화사 (2012)

2. 네이버 지식백과

3. 태양전지 원론 - 이재형,임동건,이준신 공저