바카라한 태양 전지를 성공적으로 생산

바카라 커뮤니티 (Yoshikawa Hiroyuki 회장) (이하 "AIST"라고 함)는 전자 연구 부서 (ITO Junji 회장 ITO Junji)는 유리를 가로 질러 광선으로부터 전력을 생성하고 블루오 픽 전력을 생성하는 유리 단위로 프로토 타입 반도체 장치를 생성하여 블루오 픽스 (Blue Orlovolet)에서 프로토 타입 반도체 장치를 성공적으로 생성했습니다 이것은 "투명합니다태양 전지"의 프로토 타입을 의미합니다 성공적으로 완료되었습니다

이번에 AIST가 성공적으로 생산 한 "바카라한 태양 전지"는 가시 광선을 전송하고 전기를 생성하면서 인체에 유해한 자외선을 사용하는 전례없는 아이디어를 기반으로 한 태양 전지입니다 햇빛의 방사선 에너지는 넓은 범위의 파장에 분포되며, 그 중 약 6%는 UV 광선, 50%는 가시 광선, 44%는 적외선입니다 [그림 1] 태양 전지는반도체 PN Junction[그림 2], 발전 효율은 일반적으로 20% 미만입니다 모든 파장의 광학 에너지를 사용하기가 어렵 기 때문입니다 태양 전지는 주로 가시 광선을 사용하기 위해 개발되었지만 큰 밴드 갭이있는 반도체를 사용하여 자외선으로부터 전기를 생성하여 가시광을 그대로 전달할 수있었습니다 또한, 적외선과 관련하여 이론적으로 반사율을 추가 할 수 있으므로 자외선, 가시 및 적외선에 대한 반응을 독립적으로 제어 할 수있는 반도체 장치를 제조 할 수 있다고 생각됩니다 플레이트 유리로 형성되면 일반 창 유리로 교체 할 수 있으며 넓은 설치 영역을 쉽게 고정시킬 수 있습니다 이 성과를 개발함으로써, 그림 3과 같은 "태양 시트"를 실현할 수 있는데, 이는도 3과 같은 조명을 보장 할 수 있으며, 여름에는 적외선 (열선)을 반사하고 열 광선이 열이 흐르지 않아 방지되며 겨울에는 방에 가입되어 에너지 절약에 기여합니다

○ "바카라한 태양 전지"로 기능을 보여줍니다
산화물바카라 반도체바카라 반도체 PN Junction레이저 증착 방법[그림 4]에 따라 제작되었으며 발전이 청색 및 자외선으로 생성 된 것으로 확인되었습니다 [그림 6] 광전지는 대략 350 nm (자외선)에서 450 nm (파란색 녹색)까지의 빛을 조사하여 수득하였고, 400 nm (파란색)의 파장에서 최대 값이었다 가시광의 투과율은 약 50%, 적외선에 대해 70% 이상이므로 "바카라한 태양 전지"로서의 기본 기능을 보여줍니다 [그림 5] 태양 전지의 효율은 측정되지 않았지만 향후 3%가 될 것으로 예상됩니다 3%의 발전 효율은 높은 값이 아니지만 가시 광선을 조명 및 온도 제어로 결합함으로써 햇빛의 50% 이상을 효과적으로 활용할 수 있습니다

○ 비용 절감 경로
이번에 만든 "바카라한 태양 전지"는 산화물입니다넓은 밴드 갭 반도체를 제작하기위한 전형적인 방법 인 레이저 증착을 사용 하였다 사파이어와 같은 고품질 결정질 기판의 주류 사용은 산화물 반도체 필름을 형성하는 데 사용되지만 AIST는 산화 반도체를 사용하여 바카라한 반도체 PN 접합을 형성하여 비용 절감을 목표로 유리 기판을 유리 기판으로 형성하려고 시도했습니다 산화 아연 반도체 (N- 타입) 및 구리 알루미늄 산화물 반도체 (P-Type)의 조합은 우수한 특성을 가질 것으로 예상되는데,이 산화물 반도체를 사용하여 이들 산화물 반도체 PN 접합부는 500 ℃의 온도에서 유리 기판에서 유리 기판에서 형성되었다 온도 셀 영역은 현재 01cm²그러나 넓은 지역을 쉽게 수용 할 수 있습니다솔루션 방법를 사용한 프로세스 또한 동시에 조사 중입니다

○ 독립적으로 적외선, 가시 및 자외선을 제어합니다
가시 광선을 전달하고 자외선으로 전기를 생성하는 것으로 입증 된 "바카라한 태양 전지"는 넓은 밴드 갭 반도체로 만든 반도체 PN 접합의 특성을 활용하고 반도체의 이론적으로플라즈마 진동적외선 반사의 기능을 추가하는 데 사용할 수 있습니다 적외선은 열에 강한 영향을 미치기 때문에 열 광선이라고도합니다 앞으로, 윈도우 유리로 적외선 (열선)의 전송 및 반사를 제어하는 ​​기능이있는 시트를 설치함으로써 햇빛의 열 방사선 에너지를 사용하여 실내 온도를 조정할 수 있습니다 바카라한 반도체를 사용하면 실온 제어를 위해 적외선 (열선)을 제어하고 사용할 수 있으며,이 방법으로 발전을위한 실온 제어, 조명으로 가시 광선 및 자외선을 사용할 수 있습니다

이 연구 개발은 "열 제어 시프 스루 태양 전지 시트 기술 개발"의 일환으로 수행되었습니다 경제 무역 및 산업부와 전원 다각화 기술 개발을위한 계약 자금의 계약 연구

그림 1 태양 에너지의 파장 분포

그림 2 : 태양 전지의 원리 (태양 광)

a 여름에 열선이 반사되고 자외선을 사용하여 전기를 생성

B 겨울에 실내에서 열 광선을 설치하여 자외선을 사용하여 전기를 생성

그림 3 창 유리로 적용될 때 개념적 다이어그램

a	b
그림 4 레이저 증착 방법 (a 레이저 필름 형성이 작동하는 방법, b 레이저 필름 형성의 실제 모양)
그림 5 샘플 사진 (산화 아연 산화 반도체/알루미늄 산화 알루미늄 반도체/ITO 바카라 전도성 필름/유리)
그림 6 태양 전지 샘플의 광전지 전압

깨끗하고 끝없는 태양 에너지를 사용하는 태양열 발전은 또한 지구 온난화를 예방할 것을 약속하고 있으며 앞으로는 가정 에너지로 매우 기대됩니다 태양 전지는 주로 가시 및 적외선을 사용하기 위해 개발되었으며, 현재 인기있는 실리콘 태양 전지는 자원 고정에 대한 우려가 거의없고 비용을 절감 할 것으로 예상되지만 주로 발전에 적외선을 사용하기 때문에 가장 실용적으로 간주됩니다 이번에 Aist가 성공적으로 생산 된 "바카라한 태양 전지"는 인체에 ​​유해한 자외선을 사용하여 전기를 생성하는 전례없는 아이디어를 기반으로 한 태양 전지입니다 큰 밴드 갭이있는 반도체를 사용함으로써 자외선으로부터 전기를 생성하여 가시 광선을 그대로 전달할 수 있습니다

반도체 PN 접합을 사용하는 태양 전지의 경우, 효율은 태양 복사 에너지의 파장 분포와 재료의 밴드 갭 (예 :) 사이의 에너지 중첩 사이의 관계로부터 추정 될 수있다 계산에 따르면, 가장 높은 효율은 밴드 갭이 약 15 eV 인 갈륨 무세 세나이드 (GAA)입니다 큰 밴드 갭을 갖는 산화 아연 (ZNO, 예 : 34EV)과 같은 바카라한 반도체는 대략 3%의 효율을 가질 것으로 예상 될 수 있으며, 가시 광선에 바카라한 태양 전지가 실현 될 것으로 예상된다

반도체 태양 전지의 경우 반도체 PN 접합의 형성이 필요합니다 Silicon (SI) 및 GAAS (Gallium Arsenide)에 대해 반도체 PN 접합 기술이 설립되었지만, 광범위한 밴드 GAP 반도체에는 여전히 많은 도전이 있습니다 N- 타입 재료에는 산화 아연 (ZnO) 및 주석 산화물 (SNO₂) 등은 바카라한 반도체로 예상 될 수 있지만 지금까지는 적절한 P- 타입 바카라 반도체가 발견되지 않았습니다 1997 년, P- 타입 전도도를 나타내는 산화물 바카라 반도체가 발견되었으며 (도쿄 기술 연구소의 Kawazoe-Hosono 교수에 의해) 이미 알려진 N- 타입의 바카라 반도체와의 접합에 의해 바카라한 전자 장치를 형성 할 가능성을 증가시켰다 이 재료는 산화 구리 알루미늄입니다 (Cualo₂), 구리 갈륨 산화물 (Cugao₂)와 동일한 방법을 사용하여 형성 될 수 있다고보고되었다 광학적 특성 외에도 전기적 특성은 바카라 반도체로서 적용에 중요하며, 이들 P- 타입 산화물 재료 중 구리 알루미늄 산화물 (Cualo₂)는 최고의 특성을 가지고 있습니다

AIST는 바카라한 산화물 반도체의 많은 조합과 산화 아연 (ZNO) 및 구리 알루미늄 산화물 (Cualo₂)와 함께 사용하기 위해 바카라한 전자 장치를 형성하려고 시도했으며, 제조 공정에서 독창성에 의해 유리 기판에서 가시 광선 전달 광 전달 세포 인 "바카라한 태양 전지"를 생산하는 것이 성공적이었습니다

바카라한 태양 전지는 일반 창 유리로 교체 할 수 있으며, 이는 대형 설치 영역을 쉽게 보장 할 수있는 이점이 있습니다 현재, 자외선의 유해한 에너지는 발전에 사용되며 태양 전지 자체를 포함한 자외선으로 인한 다양한 악화가 예방됩니다 또한, 적외선 반사 기능을 쉽게 첨가 할 수 있으며, 이는 실내의 열 절연 효과에 기여할 수 있습니다 이러한 방식으로 "바카라한 태양 전지"는 발전, 단열 및 가시 광선의 특성과 함께 에너지 절약을위한 혁신적인 건축 요소로 발전 할 것으로 예상됩니다

1 가시 광선을 전달하는 산화물 반도체를 사용한 사진 생성 기능의 데모
바카라한 반도체와의 반도체 PN 접합부를 형성함으로써 태양 전지가 형성 될 것으로 예상되었지만, 제조 자체가 어렵고 예상 효율이 낮았 기 때문에이를 수행하려는 시도는 거의 없었다 (약 3%) Silicon (SI) 및 GAAS (Gallium Arsenide)와 같은 전형적인 반도체에 대해 반도체 PN 접합 기술이 확립되었지만 여전히 바카라한 반도체에 대한 많은 어려움이 있습니다 N- 타입 재료에는 산화 아연 (ZnO), 주석 산화물 (SNO₂)와 다른 사람들은 유망하지만, 지금까지는 적절한 p- 타입 바카라 반도체가 없었습니다 1997 년, P- 타입 전도도를 나타내는 산화물 바카라 반도체가 발견되었고, N- 타입 바카라 반도체와의 교차점에 의해 바카라한 전자 장치를 형성 할 가능성이 증가 하였다 이 자료는 cualo입니다₂, Cugao₂, Cusco₂, cucro₂, Cuino₂, Cuyo₂, Agino₂와 같은 3 eV 이상의 밴드 갭을 갖는 산화물로 형성 될 수 있다고보고되었다 광학적 특성 외에도 전기적 특성은 바카라 반도체로서 적용에 중요하며, 이들 P- 타입 산화물 재료 중 구리 알루미늄 산화물 (Cualo₂)는 최고의 특성을 가지고 있습니다 AIST, 산화 아연 (ZNO) 및 구리 알루미늄 산화물 (Cualo₂)의 대상에 대한 바카라한 전자 장치를 형성하려는 시도가 이루어졌다 산화 아연 (ZnO) 및 구리 알루미늄 산화물 (Cualo₂)와 결합하여 유리 기판에 가시 광선 전달 광 전달이 유리 기판에 형성된 세계 최초의 첫 번째입니다

2 500 ° C에서 유리 기판 형성, 유망한 비용 절감
바카라한 산화물 반도체를 제조하기 위해 주류는 고온을 견딜 수 있고 균질성이 매우 높은 사파이어와 같은 고품질 결정질 기판을 사용하는 것입니다 그러나 AIST는 산화 반도체를 사용하여 바카라한 반도체 PN 교차로를 사용하여 유리 비용을 감소시키는 목표를 달성하려고 시도했습니다 가스 분위기 및 기질 온도 제어와 같은 제조 공정에서의 독창성에 의해, 우리는 산화 아연 반도체 (N- 타입) 및 구리 알루미늄 반도체 (P-Type)의 교차점을 전보다 약 200 ℃ 낮은 온도에서 성공적으로 제작했다 이 재료는 산화물이며 와이드 밴드 갭 반도체이므로 특성이 저하됩니다 게다가,SOL-GEL MethodyaCVD 메소드와 같은 다양한 프로세스 기술 정교한 제조 기술과 비용 절감에 유리하게 사용할 수 있습니다

3 모든 적외선, 가시 및 자외선을 이용하는 제안 된 기술
이번에 성공적으로 프로토 타입으로 시합 된 "바카라한 태양 전지"는 큰 밴드 갭이있는 반도체를 사용하므로 자외선, 가시 및 이론적으로 적외선의 반응을 독립적으로 제어 할 수 있습니다 즉, 적외선 (열 광선)의 반사 및 전송은 반도체 담체의 플라즈마 진동을 사용하여 가시 광선 영역에 영향을 미치지 않으면 서 전압 제어에 의해 제어 될 수있다 이러한 방식으로, 가시 광선을 그대로 전달하고 적외선 (열 광선)에 가변적 인 반사율을 갖는 반도체 장치를 개발할 수있다 햇빛의 빛나는 에너지는 자외선의 경우 6%, 가시 광선의 경우 50%, 적외선의 경우 44%를 차지하므로 발전에 이용 가능한 에너지가 많지 않지만 적외선 (열선) 제어를 통해 에너지를 절약 할 수있을 때 태양 이용의 효율은 정상적인 태양 전지의 효율보다 훨씬 큽니다

4 또한 응용 프로그램에 필요한 영역을 늘리는 데 사용될 수 있습니다
이번에 생산 한 장치는 광범위한 밴드 갭 산화 반도체를 제조하는 전형적인 방법 인 레이저 증착을 사용했지만 AIST는 또한 넓은 영역을 쉽게 수용 할 수있는 프로세스에 대해 병렬 조사를 수행하고 있으며 P- 타입 및 N- 형 반도체 필름 모두에 대한 솔루션 프로세스를 사용하여 반도체 필름을 성공적으로 제작했습니다

바카라한 산화물 반도체를위한 필름 형성 기술을 개선함으로써, 우리는 "바카라한 태양 전지"의 특성을 개선하는 동시에 적외선 (열선) 반사 기능을 추가하여 적외선, 가시적 및 자외선을 모두 활용할 수있는 고성능 "태양 시트"를 실현합니다

◆ 태양 전지

반도체 PN 접합의 광전지 효과를 사용하여 전기를 생성하는 전자 장치 전형적인 예는 비정질 실리콘 (SI) 태양 전지이며, 이는 약 7%의 에너지 전환 효율을 갖는다 평균 화창한 날에 약 1000 w/m², 따라서 효율이 7%인 태양 전지의 경우 약 70 w/m²힘을 얻을 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 반도체 PN Junction

반도체는 캐리어의 전기적 양성 및 음성 특성에 기초하여 P- 타입 및 N- 타입 차이를 가지고 있으며, 이들 P 형 반도체가 N 형 반도체에 결합 될 때, (-) 전자는 N- 타입 반 전도체에 배정되며 (+) 홀이 모두 p- 타이어 제도체에 배정된다 빛이 반도체에 닿을 때, 자극으로 생성되는 (+) 전하를 갖는 (-) 전하 및 구멍을 갖는 전자는 반도체 PN 접합부에 의해 분포되고, 두 반도체 둘 다에 전기를 부착함으로써 전기를 외부로 추출 할 수있다[참조로 돌아 가기]

◆ 바카라 반도체

반도체의 광학 흡수는 에너지 밴드 갭이 특징입니다 간단히 말해, 빛이 밴드 갭에 해당하는 에너지를 초과한다는 것을 고려할 수 있기 때문에 밴드 갭이 3 eV (전자 볼트) 이상의 반도체는 바카라한 반도체가 될 수 있습니다 전형적인 반도체 재료 인 실리콘 (SI)은 대략 1 eV (전자 볼트)의 밴드 갭을 가지며, 모든 적외선, 가시 및 자외선을 흡수합니다 재료의 밴드 갭이 증가함에 따라, 적외선 및 가시 광의 흡수가 약화되어 빛 반바카라을 초래합니다 전형적인 산화 산화물 반도체 인 산화 아연 (ZNO)은 약 3eV (전자 볼트)의 밴드 갭을 가지며, 이는 자외선을 흡수하지만 가시 광선의 대부분을 전달하므로 바카라한 반도체입니다 와이드 밴드 갭 반도체는 비슷한 개념을 가지고 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 레이저 증착 방법

표적이 고 에너지의 레이저 광으로 조사되어 표적을 증발시키는 재료 재료가 대상 물질을 근처에 놓인 기판에 퇴적하도록하는 필름 형성 방법 레이저 증기 증착 방법에서, 표적을 구성하는 물질의 특성은 기판 상에 증착 된 박막의 특성에 쉽게 반사되어, 산화 산화물 박막의 형성에 유리하다[참조로 돌아 가기]

◆ 넓은 밴드 갭 반도체

반도체의 특성을 특성화하는 재료 매개 변수 인 큰 에너지 밴드 갭 (보통 3EV 이상)이있는 재료 이러한 재료는 종종 가시 광선의 대부분을 전달하기 때문에 바카라한 반도체와 같은 방식으로 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 솔루션 방법

솔루션 방법은 표적 물질의 요소를 포함하는 원료 솔루션에서 시작한 다음 분해 및 중합과 같은 반응에 의해 미세 입자, 세라믹 등을 만드는 방법입니다 사용 된 반응에 따라, 반응은 졸-겔 방법, 구연산 중합 방법 등으로 분류 될 수있다 표적 물질은 비교적 낮은 온도에서 합성 될 수 있기 때문에 에너지 절약 물질 합성 방법으로서의 관심을 끌었다[참조로 돌아 가기]

◆ 플라즈마 진동

반도체 및 금속의 전자 및 구멍은 전기를 운반하기 때문에 운반자라고합니다 재료의 캐리어는 외부 무선 파와 빛으로 흔들리고이를 플라즈마 진동이라고합니다 혈장 진동은 외부로부터의 무선파 및 광 사고를 반사하는 특성을 가지며, 반사 정도는 재료의 전기적 특성에 의해 제어 될 수있다 계산에 따르면 10²⁶/m³16 미크론 이상의 파장을 갖는 적외선 (열선)이 반사되므로 열 방사선을 제어하는 ​​데 사용될 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ Sol-Gel Method

SOL-GEL 방법은 원료 솔루션 (sol)를 통과하는 견고한 프레임 워크와 많은 갭이 포함되어 있습니다 (gel)의 상태를 통해 유리 또는 도자기를 만드는 방법 인근 젤에는 젤리와 두부가 포함됩니다 Solugel 방법의 가장 큰 특징은 낮은 온도에서 유리 또는 세라믹을 합성 할 수 있다는 것입니다 (반응 온도를 약 1,000도 섭씨로 줄일 수 있음) 또한, 균일 한 입자 크기를 갖는 원료를 생산할 수 있고 다 성분 시스템이보다 균질하게 생산 될 수 있기 때문에, 이는 종종 고성능 세라믹의 합성에 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ CVD 방법

화학 증기 증착에 대한 약어는 가스 상태에서 원료를 반응하여 목표 물질을 얻는 물질 생산 방법입니다 박막을 얻기 위해, 반응 생성물은 근처의 기질 상에 증착된다 가스 상태에서 반응을 사용하기 때문에 대규모 기능 막의 비교적 쉬운 생산이 특징입니다[참조로 돌아 가기]