태양 전지 내부에는 암전류, 역전류, 누설 전류 등 다양한 종류의 전류가 흐릅니다. 이러한 전류들은 태양광 모듈의 출력에 각기 다른 영향을 미칩니다. 이러한 전류들의 특성을 구분하면 모듈 출력 이상 현상의 원인을 파악하고 문제를 효과적으로 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.
다크 커런트
정의
암전류는 빛이 없는 상태에서 역방향 바이어스 조건 하에 PN 접합에서 발생하는 역방향 직류 전류를 말하며, 이는 일반적으로 전하 캐리어 확산, 소자 표면 및 내부의 결함, 그리고 유해한 불순물에 의해 발생합니다.
형성
(1).확산 과정:PN 접합 내부에는 N 영역에 전자가 더 많고 P 영역에 정공이 더 많습니다. 이러한 농도 차이로 인해 N 영역의 전자는 P 영역으로 확산되고, P 영역의 정공은 N 영역으로 확산됩니다. PN 접합의 내부 전기장이 이러한 확산을 방해하지만, 동적 평형 상태에 도달할 때까지 확산은 계속되어 확산 전류가 발생합니다.
(2).결함 및 불순물:소자의 표면이나 내부에 결함이 존재하면, 이러한 결함은 재결합 중심 역할을 하여 전자와 정공을 포획하고 재결합을 촉진합니다. 유해한 불순물 또한 유사한 역할을 하여 암전류 발생에 기여합니다.
영향
실리콘 웨이퍼 선별 과정에서 암전류는 중요한 고려 사항입니다. 과도한 암전류는 웨이퍼 품질 저하를 나타내며, 이는 다수의 표면 상태, 격자 결함, 유해 불순물 또는 과도한 도핑 농도와 같은 요인을 의미합니다. 이러한 웨이퍼로 제작된 태양전지는 일반적으로 소수 캐리어 수명이 짧아 변환 효율이 저하됩니다.
태양 전지의 암전류
단순 다이오드에서 암전류는 역포화 전류에 해당합니다. 그러나 태양 전지에서 암전류는 역포화 전류, 박막 누설 전류 및 전체 누설 전류를 포함합니다.
역포화 전류
정의
역포화 전류는 PN 접합에 역방향 바이어스가 가해졌을 때 흐르는 전류를 말합니다. 역전압은 공핍층을 넓혀 전기장과 전자의 위치 에너지를 증가시킵니다. 이로 인해 다수 캐리어가 장벽을 넘기 어려워지고, 확산 전류가 거의 0에 가까워집니다.
형성
1. 드리프트 전류: 증가된 전기장은 N 영역과 P 영역의 소수 캐리어들이 더 쉽게 드리프트하게 하여 역방향 전류를 형성합니다.
2. 온도 의존성: 소수 캐리어는 열적으로 생성되므로 주어진 온도에서 그 수는 일정하며, 따라서 역전류도 일정합니다.
누설 전류
정의
태양전지는 박막(N 영역), 공핍층(PN 접합), 그리고 벌크 영역(P 영역)의 세 영역으로 나눌 수 있습니다. 이 영역들에 존재하는 결함과 불순물은 재결합 중심 역할을 하여 전자와 정공을 포획하고 재결합을 촉진합니다. 이 과정에서 미미한 전류가 발생하여 측정된 암전류에 기여합니다.
유형
• 박막 누설 전류: 박막 내의 결함 및 불순물로 인해 발생합니다.
• 벌크 누설 전류: 벌크 영역의 결함 및 불순물로 인해 발생합니다.
암전류 테스트의 목적
1. 고장 방지
셀에 역방향 바이어스가 걸리거나 모듈의 극성이 반전되면 과도한 암전류가 발생하여 셀이 빠르게 고장날 수 있습니다. 드물긴 하지만, 암전류를 테스트하면 이러한 현상을 예방하는 데 도움이 됩니다.
2. 생산 공정 모니터링
암전류 테스트는 잠재적인 공정 문제를 식별하는 데 도움이 됩니다. 암전류는 역포화 전류, 박막 누설 전류 및 벌크 누설 전류로 구성되며, 각각 J1J_1J1, J2J_2J2 및 J3J_3J3로 표시됩니다.
역전압이 가해지면:
• 영역 1: J2J_2J2(박막층 누설 전류)가 지배적입니다.
• 영역 2: J3J_3J3(대량 누설 전류)이 지배적입니다.
• 영역 3: J1J_1J1(역포화 전류)이 지배적입니다.
이러한 영역의 경계는 특정 테스트 전압에 의해 결정됩니다.
전압 효과
전지에 전압이 가해지면 실리콘 웨이퍼로 전기가 주입되어 비평형 상태의 전하 운반체가 여기됩니다. 전압이 높을수록 여기되는 전하 운반체의 수가 많아져 암전류가 증가합니다. 그러나 전압이 증가함에 따라 암전류 증가율은 점차 느려지다가 결국 전지가 파손됩니다.
표준 테스트
암전류는 일반적으로 12V에서 측정합니다. 측정 결과를 표준 곡선과 비교함으로써 전지의 상태를 평가할 수 있습니다.
• 1번 영역에서 과도한 암전류가 발생하는 것은 박막층에 문제가 있음을 나타냅니다.
• 2번 영역에서 과도한 암전류가 발생하는 것은 중심부 영역에 문제가 있음을 시사합니다.
• 3번 영역에서 과도한 암전류가 발생하는 것은 확산, 스크린 인쇄 또는 온도 불일치와 같은 PN 접합부 문제를 나타냅니다.
결론
암전류 테스트는 공정 관련 문제를 파악하고 태양전지 생산을 개선하는 데 매우 중요합니다.
