요약
이 발명은 탄소중립의 필요성 증가와 함께 높은 효율과 유연성을 가진 CIGSSe 태양전지 개발에 목적을 두고 있습니다. 기존의 복잡하고 비싼 제작 방법을 개선하여, 유연한 기판에 용액을 스프레이하고 열처리하여 광흡수층을 형성하는 방법을 사용하였습니다. 실험에서는 두 가지 원소를 동시에 사용하여 11.45%의 높은 효율을 얻었고, 이 기술은 친환경적이면서도 고효율 태양전지 제조에 사용될 수 있습니다.
기본 정보
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특허명: 알칼리 금속이 공도핑된 태양전지용 CIGSSe 박막의 제조방법
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대표 발명자: 김준호 교수
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출원번호: 10-2023-0064655
발명의 배경 및 필요성
발명의 배경
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탄소중립 요구와 신재생에너지 연구가 주목받음
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Cu(In,Ga)(S,Se) 2(CIGSSe) 태양전지가 높은 전력변환효율과 유연한 기판 적용 가능성을 보여줌
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알칼리 원소의 외부 공급 필요성과 알칼리 증착 후 처리 방법의 사용이 필요함
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알칼리 금속이 공도핑된 태양전지용 CIGSSe 박막의 제조방법이 개발됨
발명의 필요성
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친환경 에너지원으로서 박막형 태양전지의 중요성이 대두됨
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다양한 분야에서의 활용을 위해 플렉서블한 태양전지 개발의 필요성이 제기됨
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고가의 진공 장비와 유지비를 필요로 하는 CIGSSe 태양전지 제조 방법의 문제점이 있음
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대기 환경에서 솔루션 기반 제조의 필요성이 있음
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다중 알칼리처리를 위한 최적 조건 찾기의 어려움과 용액 기반 알칼리 처리의 필요성이 있음
실험 및 구현
제조 방법
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구리, 인듐, 갈륨, 황 원소를 포함하는 전구체 용액 준비 및 알칼리 금속 용액을 첨가함
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알칼리 금속 용액이 첨가된 전구체 용액을 유연기판에 스프레이 증착함
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증착된 금속 전구체 층을 셀렌화 열처리하여 광흡수층을 형성함
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이 과정을 통해 태양전지용 CIGSSe 박막을 제조함
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제조된 태양전지용 CIGSSe 박막은 K, Rb 또는 Cs 중 어느 하나와 Na로 공도핑된 것임
실험 결과
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어드미턴스 분광법을 사용해 300K ~ 90K 온도 범위와 20Hz ~ 2MHz 주파수 범위에서 실험을 진행함
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Na와 K의 공도핑을 (Na x %, K y%)로 표기, 442 nm 레이저를 광원으로 사용함
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소수 캐리어 수명은 1.856ns(550-셀)에서 2.633ns(560-셀), 4.621ns(570-셀)로 증가함
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Na0.9% 및 K0.3%의 도핑 농도에서 CIGSSe 흡수체의 결함이 훨씬 더 부동태화되어 11.45%의 가장 높은 PCE를 초래함
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셀렌화 온도가 높을수록 CIGSSe 흡수체의 더 많은 결함이 부동태화되어 V oc가 증가함
발명의 활용 방안
제품 및 서비스 적용
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페로브스카이트 흡수체의 밴드갭이 1.65~1.7eV인 CIGSSe/페로브스카이트 탠덤 셀 같은 고효율 탠덤셀에 적용 가능함
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Na와 K로 공도핑된 태양전지용 CIGSSe 박막 제조 가능함
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이 박막을 포함하는 태양전지 제공 가능함
산업 및 사회 문제 해결
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CdS 버퍼층의 CBD를 더 개선하면 셀렌화 셀의 PCE를 더 높일 수 있어, 고효율 플렉서블 탠덤 셀의 하단 셀로 채택 가능함
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친환경적이고 저렴한 DI water를 용매로 사용하고, 대기환경에서 스프레이 증착을 진행해 고가의 용매와 글러브박스 등의 추가 장비 비용을 줄일 수 있음
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Na와 K는 CIGSSe 흡수체에 쉽게 공도핑되며, 이는 유연한 CIGSSe 태양 전지를 위한 용액 기반의 in-situ 알칼리 공도핑 방법에 대한 첫 보고임
시장 동향
태양전지 시장 동향
알칼리 이온화기 시장 동향
친환경 에너지 시장 동향
대표도면
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