신뢰성 높은 태양전지 모듈용 실리콘 봉지재
태양광발전시스템은 메가솔라 등 대규모 발전 및 50kW 미만의 소규모 발전, 주택용 시스템 등 다양한 규모와 형태에서 확대·도입되고 있다. 또한, 최근에는 태양광발전시스템을 해상 및 연안부 등에 설치하는 경우도 있어 기존보다 혹독한 환경에서의 신뢰성이 요구되고 있다. 태양전지 셀의 발전효율 경쟁에 따른 단결정 n형 실리콘 셀을 이용한 고효율 태양전지 모듈의 도입이 주택용 시스템을 중심으로 증가하고 있기 때문에 모듈에 고전압이 걸려 출력이 대폭적으로 저하되는 PID현상에 대한 내성을 평가할 필요가 증가하고 있다.

n형 실리콘 태양전지에서 높은 PID 내성 드러내
태양전지 모듈에는 봉지재의 경우 신에츠화학이 개발한 실리콘 봉지재를 사용하고 태양전지 셀 등 봉지재 이외의 부재는 컨소시엄 표준부재를 사용했다. 다결정 p형 실리콘 태양전지 셀을 직렬로 42장 접속하고 진공가열 라미네이터를 사용해 시트형태의 실리콘 봉지재를 이용한 실용 크기의 태양전지 모듈을 제작했다. 이 태양전지 모듈에 관해서는 온도 85℃, 습도 85%의 조건에서 노출시켜 내구성, 신뢰성을 평가하는 고온·고습시험과 온도를 -40℃에서 85℃로 승온, 85℃에서 -40℃로 강온 사이클을 1사이클로 해 내구성, 신뢰성을 평가하는 온도 사이클 시험을 수행했다. 고온고습시험에서는 3,000시간 후에 출력비 99.8%, 온도 사이클 시험에서는 600사이클 후에 출력비 99.1%였다. 또한 EL 사진에서는 시험 전부터 보이는 셀 기원의 작은 음영부분을 제거해 시험에 의한 노화의 진행에 따른 새로운 음영부분의 발생은 관측되지 않았다.

태양전지 모듈 인정시험의 합격기준은 고온고습시험 1,000시간 후, 온도 사이클 시험 200사이클 후 모두 초기 출력의 95% 이상을 유지해야 하는 것으로 정해져 있다. 이러한 시험결과에 의해 실리콘 봉지재를 이용한 태양전지 모듈은 신뢰성이 우수하다고 인정됐다. 또한 실리콘 봉지재와 산업종합개발연구소에서 표준적으로 사용하는 단결정 n형 실리콘 태양전지 셀을 이용하여 태양전지 모듈을 제작해 PID 시험을 실시했다. 시험결과를 비교하기 위해 봉지재로서 일반적으로 이용되고 있는 EVA를 이용한 단결정 n형 실리콘 태양전지 모듈을 제작했다. PID시험(AIST법)은 85℃의 온도에서 모듈의 유리 표면이 전면에 설치한 알루미늄 판에 대해 셀에 -1,000V의 전압을 2시간 정도 걸어 시험 전후의 태양전지 모듈의 출력변화를 평가했다.

실리콘 봉지 모듈은 PID 시험 전후에 전기특성은 변하지 않고, EL 사진에서도 변화가 나타나지 않았다. 한편 EVA 봉지 모듈은 PID 시험 전후 전기특성에 출력저하가 나타났으며, EL 사진에서도 휘도가 저하되는 것을 확인했다. 이와 같이 실리콘 봉지재는 이번에 이용한 n형 실리콘 태양전지에서 높은 PID 내성을 나타낸다는 것을 알았다. 단, 실리콘 태양전지는 셀의 종류 및 구조에 의한 PID 내성의 유무 및 노화 메커니즘이 다르기 때문에 앞으로 보다 상세한 평가가 필요하다. 앞으로 실리콘 봉지재 시트 양산화의 촉진, n형 실리콘 태양전지 모듈의 PID 현상 발생 메커니즘과 실리콘 봉지재에 의한 제어 메커니즘을 해명할 계획이다.

출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

SOLAR TODAY 이 서 윤 기자(st@infothe.com)

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