굽힘 시험을 통한 태양전지의 특성 연구 = Study of solar cell's characteristics through bending test

국문 초록 (Abstract)

최근 웨어러블 기기 및 전기 자동차 등의 기기들에 의해 개인적인 전력 소비의 양이 많아지며, 휴대가 가능한 전력원에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 하지만 소비자가 요구하는 성능을 발휘하기 위해 필요한 전력량을 충당하기에 현재의 리튬이차전지 등의 배터리는 무게 등의 한계점에 다다랐다. 이러한 한계를 해결하기 위해서 휴대 가능한 전력 발전원에 대한 제품 제작 및 연구가 진행 중이며, 실리콘 웨이퍼를 사용하여 외부 충격에 약한 결정질 실리콘 태양전지보다, 유연 기판에 제작이 가능하며, 그 무게 또한 가벼운 박막 태양전지 및 유기 태양전지 등이 그 후보로 급부상 중에 있다.
본 연구에서는 CZTS, CIGS 박막 태양전지를 대상으로 굽힘 시험을 시행하여, 굽힘 횟수·방향·곡률이 태양전지의 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 태양전지의 굽힘을 위해 맞춤 제작된 마이크로 프로세서를 이용한 굽힘 장비를 사용하였으며, 굽힘 전·후의 태양전지 특성 변화 확인을 위해 솔라 시뮬레이터(K3000LAB, Mcscience)를 사용하여 STC 조건(AM 1.5 G, 100 mW/cm2, 25℃) 하에서의 측정을 진행하였다.
결과적으로 굽힘 시험이 진행된 시료 모두에서 굽힘이 진행될수록 각 특성 지표들이 감소하며 발전효율이 감소하였고, CZTS 태양전지에서는 개방전압과 단락전류가, CIGS 태양전지에서는 단락전류와 충진율의 특성이 발전효율 감소에 주된 영향을 준 것으로 분석되었다. 시료 모두가 구조 층간의 열팽창계수 불일치로 인한 압축응력이 가해지는 것을 확인하였고, 해당 태양전지에 압축응력을 가했을 때가 반대의 힘인 인장응력을 가했을 때보다 2 배의 발전효율이 감소된 것을 확인하였으며, 이는 태양전지에 작용하고 있던 힘의 반대 방향의 힘이 추가로 가해져 태양전지 내부에 가해지는 힘이 소폭 감소한 것으로 분석된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, the amount of personal power consumption is increased by devices such as wearable devices and electric vehicles, and research on portable power sources is continuously conducted. However, current battery such as lithium secondary battery has reached the limit such as weight to cover the amount of power required to achieve the performance required by consumers. In order to solve these limitations, product manufacturing and research on portable power generation sources are in progress. Crystalline silicon solar cells are susceptible to external shocks because they use silicon wafers and, when modularized, approach 20 kg per piece. On the other hand, thin film solar cells and organic solar cells, which can be manufactured on flexible substrates and are light in weight, are emerging as candidates.
In this study, the bending test was performed on CZTS and CIGS thin film solar cells, and the effects of bending times, directions, and curvatures on the solar cell characteristics were analyzed. For the bending of solar cells, a custom micro-processor bending equipment was used. In order to confirm the change of solar cell characteristics before and after bending, the solar cell characteristics were measured using a solar simulator(K3000LAB, Mcscience) under STC conditions(AM 1.5 G, 100 mW/cm2, 25 ℃).
As a result, as the bend test, the characteristic indexes decreased and the power conversion efficiency decreased as the bending test. In the CZTS solar cell, the open circuit voltage and the short circuit current were mainly reduced, and in the CIGS solar cell, the characteristics of the short circuit current and the fill factor were mainly reduced. and that affected the decrease in conversion efficiency. In all samples, it was confirmed that compressive stress was applied due to mismatch of coefficient of thermal expansion between structural layers. It is analyzed that the force applied to the solar cell is slightly reduced due to the additional force in the opposite direction to the force acting on the solar cell.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구 배경 및 목적 1
• 2. 이론적 배경 3
• 2.1 태양전지의 정의 3
• 2.2 박막 태양전지 6
• 2.2.1 CZTS 박막 태양전지의 정의 6
• 2.2.2 CIGS 박막 태양전지의 정의 7
• 2.3 태양전지의 특성평가 11
• Ⅱ. 본론 14
• 1. 태양전지를 위한 굽힘 시험 장비 14
• 2.굽힘 시험에 사용된 태양전지 18
• 3.굽힘 횟수에 따른 태양전지의 특성 변화 22
• 3.1 굽힘 시험 후의 특성 변화 23
• 3.2 태양전지의 저항 특성 변화 26
• 4. 굽힘 방향에 따른 태양전지의 특성 변화 27
• 4.1 굽힘 시험 후의 특성 변화 28
• 4.2 태양전지의 저항 특성 변화 31
• 5. 굽힘 곡률에 따른 태양전지의 특성 변화 32
• 5.1 큰 곡률 조건에서의 태양전지 특성 변화 34
• 5.2 각 곡률 조건에서의 특성 변화 비교 37
• 6. 태양전지 종류에 따른 태양전지의 특성 변화 38
• 6.1 굽힘 시험을 통한 CIGS 태양전지 특성 변화 40
• 6.2 각 태양전지 별 특성 변화 비교 42
• Ⅲ. 결론 43
• 참고 문헌 45
• ABSTRACT 49