| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2021년 가을 (11/24 ~ 11/26, 경주 라한호텔) |
| 권호 | 27권 2호 |
| 발표분야 | C. 에너지 재료 분과 |
| 제목 | 장식기능 도심형 태양전지 구현을 위한 저손실 분산브래그반사형 칼라필터 설계 및 특성 평가 |
| 초록 | 도심속 건물 통합형 태양광발전(BIPV)의 개발이 활발해지면서 태양전지에 색상을 입혀 심미적인 장식효과를 부여할 수 있는 다양한 방식들이 제안되고 있다. 태양전지에 Red, Green, Blue와 같은 색상을 입히는 것은 해당 파장영역대역에서 흡광효율의 손실을 초래하기 때문에, 선명한 색상을 구현하면서도 동시에 광손실을 최소화할 수 있는 설계가 매우 중요하다. 분산브래그반사형(DBR) 칼라필터는 서로 다른 굴절율을 갖는 두 물질을 1/4 파장두께로 주기적으로 반복하는 기본구조를 가지며, 광학구조설계에 따른 반사도와 반가폭, 중심파장의 조절이 용이하여 주목받고 있다. 일반적으로 높은 반사피크를 가지면서 선폭을 줄이는 방향으로 연구가 진행되어 왔다. 하지만 이는 반복주기를 높이거나 복잡한 구조를 적용함으로써 공정효용성이 떨어질 뿐만 아니라 색상선명도와 광전효율간에 뚜렷한 tradeoff가 존재하였다. 본 연구에서는 사람이 인지하는 색상의 속성에 대한 이해를 바탕으로 공정부담을 낮추면서도선명한 색상구현과 태양전지 효율의 손실을 최소화 할 수 있는 이성적 DBR 칼라필터 설계방안에 대해 제시하고 실험적으로 입증하고자 한다. 우선, Macbeth ColorChecker 표준칼라시편을 이용하여 순수색을 포함한 주요색상들에 대한 반사도스펙트럼을 분석하고 CIE L*a*b* 색좌표계로 변환하여 비교하였다. 이를 통해 상당수 고채도의 표준색상들이 broadband 특성을 가지며 반사피크도 그리 크지 않음을 알 수 있었다. 결과적으로 적당한 반가폭과 반사피크를 갖는 저주기의 DBR 칼라필터를 설계함으로써 고채도의 선명한 색상은 물론 태양전지의 광손실을 최소화하고 공정비용을 줄이는 것이 가능해진다. 실험증명을 위해, Al2O3와 SiO2로 구성된 DBR필터를 반사도 곡선과 색좌표 관점에서 저주기로 설계하고, 유리기판위에 디지털 스퍼터링 방법으로 형성시켜 이론과 실험결과가 잘 일치하고 있음을 확인하였다. 아울러, 최외곽층에 1/2파장의 무반사층을 도입함으로써 out-of-band ripple을 효과적으로 제거하고 색순도를 향상시킬 수 있었는데, 이는 추가로 태양전지의 효율향상에 기여한다. 최종적으로 실제 CIGS 태양전지 모듈에 Red, Green, Blue 색상으로 설계된 DBR 칼라필터를 형성시키고, 모듈 효율을 측정한 결과 R, G, B 각각 9.23%, 7.11%, 4.67% 정도의 비교적 낮은 효율감소를 확인할 수 있었는데 이는 본 연구 접근법의 효용성을 입증한다. 본 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단-기후변화대응기술개발사업의 지원(No.2019M1A2A2072412)을 받아 수행되었습니다. |
| 저자 | 김성재1, 김재희2, 김웅3, 정증현2, 이경석1 |
| 소속 | 1한국과학기술(연), 2고려대, 3서울과학기술대 |
| 키워드 | DBR color coating; Decorative solar cell; BIPV; Low loss design; High Chroma color |
