태양광 발전(Photovoltaics)은 반도체의 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 태양빛이 가진 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전 방식


◦ 태양전지는 태양광발전의 기본단위로 태양빛을 받아 전기로 변환하는 반도체 소자로서 광기전력 효과를 이용하는
  광전 변환소자임.

◦ 태양광발전 모듈은 태양전지를 전기적으로 서로 연결하여 완벽하게 환경으로부터 보호할 수 있도록 만든 가장 작은
  크기의 조립체로서 발전소자로 사용하는 최소 단위임.

◦ 태양광발전 시스템은 태양에너지를 변환하여 전력을 생산, 공급, 저장하는 요소로 이루어진 집합체이며 태양에너지
  를 전기에너지로 변환하는 태양전지(모듈)과 부하에 적합한 전력을 공급하거나 생산된 전기를 저장하기 위하여 구
  성된 장치(PCB, 축전장치, BOS)의 총체임.



태양광 발전 시스템

1) 계통연계형 발전시스템

2) 독립형 발전시스템

◦ 태양전지 어레이(solar cell array) : 모듈을 직.병렬로 연결
◦ 직.교류변환장치(inverter) : 태양전지에서는 직류(DC)전기가 발생
◦ 전력조절장치(power controller) : 안정된 전기를 공급하는 역할
◦ 축전지(storage battery) : 전기를 저장했다가 필요할 때 꺼내 쓸 수 있도록 함


태양광 발전의 종류

1) 결정질 실리콘 태양전지

◦ 현재 전세계 태양전지 시장의 약 80% 점유

◦ 석영, 모래 등의 원재료를 정제하여 금속규소를 만들고 이를 다시 정련하여 태양전지용 폴리실리콘을 제작

◦ 폴리실리콘을 정제하여 단결정 혹은 다결정 잉곳으로 만든 후 이를 절단하여 실리콘 웨이퍼를 만들고, 웨이퍼 위에 PN접합과 전극을 형성하면 태양전지가 제작됨

◦ P type 실리콘 웨이퍼 위에 인 등 확산물질을 도핑시켜 N type 반도체를 만들어 PN 접합을 형성한 후, 내부의 전류가 밖으로 흐를 수 있도록 상,하부 전극을 형성

◦ 그 후 빛의 반사율을 줄이기 위해 반사방지막을 입히고, 습기, 먼지, 파손 등 외부 환경으로부터 태양전지를 보호하기 위해 EVA시트, Back sheet, 유리 등을 적층하여 봉입, 모듈 형성

2) 실리콘 박막 태양전지

◦ 유리기판 또는 금속, 플라스틱 기판 위에 실리콘 박막을 증착하여 이를 광흡수 층으로 사용하는 태양전지

◦ 입사되는 태양광에 대한 광흡수율이 결정질 실리콘보다 수십 배 이상 높기 때문에 수백nm의 막 두께로도 충분히 전하를 생성할 수 있음

◦ 그러나 실리콘 박막은 결함밀도가 결정질 실리콘 웨이퍼보다 10만~100만 배까지 높기 때문에 광에 의해 생성된 전하가 결함부위에서 재결합/소멸되어 효율이 낮아짐

◦ 실리콘 박막 태양전지 효율을 향상시키기 위하여 하나의 광흡수층을 사용하는 단일접합 태양전지부터 서로 다른 흡수 대역을 갖는 광흡수층을 다수로 적층하는 다중접합 태양전지가 개발되고 있음

◦ 유기태양전지(OPV)는 양극과 음극 사이에 전도성 유기재료를 이용하여 광활성층을 구성한 태양전지를 말함

◦ 타 태양전지에 비하여 ‘구조가 간단하고 유연하며 가볍다’는 장점을 가지고 있으며, 양산 시 저가로 대면적화를 이룰 수 있음

◦ 고효율 다중접합(multi-junction) 태양광 셀을 사용하고, 집광장치(Concentrator)로써 굴절형 렌즈, 반사형 거울, 복합 렌즈 또는 광가이드형 집광기를 조립하여, 태양광을 저배율에서 고배율로 집광하여 발전
   하는 시스템

◦집광을 하지 않는 기존 결정질 Si 태양전지 대비 적은 면적의 태양전지로 고효율 발전이 가능한 방식이고, 집광 배율에 따라 통상 3~10배까지는 저배율(LCPV, Low Concentrating PV), 10~100배 사이는 중배
 율(MCPV, Medium Concentrating PV), 100~1000배 사이는 고배율(HCPV, High Concentrating PV)로 분류함. Sunflower는 1200:1 배율 집광형 시스템으로 HCPV에 속함.

◦ 집광형 태양전지 시스템에 사용되는 다중접합(Multi-junction) 태양전지는 광전효과를 일으키는 파장대가 서로 중첩되지 않는 광전 재료를 다층으로 접합하여 적층구조를 이루고 있는 태양전지로서, 넓은 파
  장의 태양고아 에너지를 흡수하여 전기로 변환하는 것이 가능하며 다양한 태양전지 가운데서 현재 최고의 광전 변환효율(41%)을 나타내고있고, 향후 50% 이상 효율의 태양전지들이 상업적으로 개발될 예정

◦ 저비용의 광학 집광기를 채용하여 고배율로 집광함으로써 발전시스템의 전체 소요 비용을 낮추면서도 모듈 효율을 유지 또는 높이기 위한 시도가 집광형 태양광 분야에서 활발히 연구가 전개되고 있으며, 향
  후 태양광 발전 분야의 새로운 유망 축으로 부상할 것임.