네덜란드 델프트 기술 대학(TU Delft)의 광전지 물질 및 디바이스 연구 그룹은 박막 반도체 물질에서 광흡수 향상의 이론적 한계를 시연하였다. 이는 차세대 고효율, 저비용의 극박막 결정질 실리콘 태양전지를 실현할 수 있는 새로운 방법이 될 수 있을 것으로 보인다. 이들 연구진은 결정질 실리콘 웨이퍼를 사용하여 실험적으로 반도체 물질에서 광흡수의 최대 향상을 예측한 이론을 검증하였다. 연구진은 광범위한 광 스펙트럼 영역에서 광흡수 향상의 이론적 한계에 매우 근접한 첫 실험을 성공적으로 수행하였다. 이들의 실험은 이론적 한계치의 99.8퍼센트에 매우 근접한 결과를 얻었다. 태양전지에서 이런 흡수 향상 한계를 실험적으로 시연한 것은 지난 30년 동안의 광전지 연구에서 처음으로 수행된 것이다.

네덜란드 델프트 기술 대학의 광전지 물질 및 디바이스 연구 그룹은 그 동안 태양 전지의 광포획 구조의 디자인, 제작 그리고 실험에서 전세계적으로 인정 받은 전문가들로 이루어졌다. 이 그룹의 연구진은 결정질 실리콘 웨이퍼를 위한 금속을 사용하지 않는 첨단 광포획 방법을 개발하고 있다. 이들 연구진은 실리콘 웨이퍼의 전면부에 블랙 실리콘으로 알려진 나노텍스처를 적용하였다.

반대쪽에, 이들 연구진은 최대 전방향 내부 반사를 보이도록 디자인된 포토닉 유전체 후면 반사기로 코팅된 랜덤 피라미드 모양의 텍스처를 제작하였다. 35 마이크로미터 보다 더 얇은 웨이퍼로 연구진은 포토닉 반사기로는 99% 그리고 은 후면 반사기로는 99.8%의 이론적 흡수 한계값에 도달하였다. 이런 고전적인 이론 흡수 한계치는 400나노미터와 1200나노미터 사이의 넓은 광스펙트럼 사이의 값이다.

결정질 실리콘 태양 전지에서 델프트 기술 대학의 광포획 방법의 성공적인 구현은 나노 텍스처 전면부의 적합한 표면 안정화(passivation)를 필요로 한다. 이를 위해서, 이들 연구진은 열적 실리콘 산화층 및 산화 알루미늄 안정층을 개발하였다. 뛰어난 표면 안정화 방법으로 이들 연구진의 태양 에너지 포획 기술은 매우 효율적이며 저렴한 극박막 결정질 차세대 실리콘 태양 전지를 실현할 수 있는 새로운 방법을 제공하여 줄 수 있을 것이다.

 

 

 

 

Researchers at TU Delft have opened the way for the realization of the next generation of high-efficiency, cost-effective and ultra-thin crystalline silicon solar cells. They are the first in the world to come very close (99.8%) to the theoretical limit of absorption enhancement (light trapping) in a broad light spectrum range. Their article on light management in ultra-thin silicon is accepted for publication in the journal ACS Photonics.
 
PhD-student Andrea Ingenito of the Photovoltaic Materials and Devices (PVMD) group at TU Delft has experimentally demonstrated the theoretical limit of the enhancement of light absorption in a thin semiconductor material. Ingenito used wafers of crystalline silicon and experimentally proved the theoretical prediction of the maximal enhancement of light absorption in a semiconductor material. He is the first in the world to come very close (99.8%) to the theoretical limit of absorption enhancement in a broad light spectrum range. An experimental demonstration of this absorption enhancement limit in solar cells has been elusive for the last thirty years.
 
The PVMD group at TU Delft (Faculty of EEMCS) has world-leading expertise in the design, fabrication, and implementation of light trapping structures in the solar cells. The researchers in the group managed to develop an advanced metal-free light trapping scheme for crystalline silicon wafers. At the front side of the silicon wafers they applied a nano-texture known as black-silicon. At the rear side, they implemented a random pyramidal texture coated with a photonic Dielectric Back Reflector which was designed to exhibit maximal and omni-directional internal reflectance. For wafers thinner than 35 μm the researchers achieved more than 99% (with the photonic reflector) and up to 99.8% (with the silver back reflector) of the theoretical classical absorption limit in the broad light spectrum from 400 to 1200 nm.
 
Successful implementation of TU Delft's light trapping scheme in crystalline silicon solar cells requires an adequate surface passivation of the front nano-texture. For this purpose, the researchers at the PVMD group have developed thermal silicon oxide and aluminium oxide passivation layers. TU Delft's trapping scheme together with excellent surface passivation opens the way for the realization of the next generation of high-efficiency, cost-effective and ultra-thin crystalline silicon solar cells.
 
Ingenito's article in ACS Photonics was co-authored by supervisors prof. dr. Miro Zeman and dr. Olindo Isabella. The research was carried out in the AdLight project (Advanced light trapping for thin and highly efficient silicon solar cells) funded by Agentschap NL. Solland and ECN have been the partners in the project.

 

[원문출처 : http://www.energyharvestingjournal.com/articles/maximum-light-trapping-in-solar-cells-00006288.asp?sessionid=1]