전기절연성 Graphite필름과 Metal hybrid방열시트 및 이를 이용한 태양전지 전력효율 향상에 대한 연구

Abstract

전자, 반도체 분야의 급격한 발전은 집적회로 소자의 처리 능력 향상을 고도화하였고 전자부품의 소형화, 집적화의 흐름을 가져왔다. 소형정밀 전자부품 내부의 전기, 열에 대한 관리를 위해 패키징, 배선기술이 부각됨과 동시에 전기절연성 방열소재가 이슈가 되었다. 친환경에너지로 주목 받으며 꾸준히 성장한 태양광 산업은 근래에 과다한 공급에 따른 침체를 맞고 있고, 이를 극복하기 위해 전력생산효율 향상에 대한 연구가 전 세계적으로 진행되고 있다. 일부 연구그룹들로부터 이와 관련한 획기적 결과들이 보고되고 있으나, 대부분 상용화에는 한계가 있는 것이 현실이다. 근본적으로 낮은 광전변환 효율뿐만 아니라, 태양전지 Cell이 태양빛을 받을 때 발생하는 열과 광전변환 시 발생하는 폐열에 의해 전지 내부온도가 상승하게 되고, 이는 효율을 저하시키기 때문이다. 이러한 배경은 제품성능 향상과 수명연장을 위한 효율적 열관리에 대한 필요성을 야기하였고, 본 연구에서 진행한 비전도성 방열소재와 태양전지용 방열기능성 백시트의 개발동기가 되었다. 높은 방열성과 전기절연성을 동시에 갖는 기초소재 개발을 목표로 이를 응용한 부재와 적용 가능한 제품을 제작하였고, 이를 실제 업계에서 수행하고 있는 시험절차와 방법에 따라 평가하였다. 여러 종류의 충진제를 평가하였고, 이를 통해 선정된 실리카가 코팅된 그라파이트 필러를 태양전지 백시트용 LDPE에 충진하는 것을 기본 컨셉으로 하여 필러 함량과 성형방법에 따른 물성변화와 문제점을 확인하였다. 시트의 면저항과 열전도도를 각 단계마다 분석하고 성형방법에 따른 필러의 배향성을 확인하였다. 금속시트의 구성과 두께에 따른 방열 특성을 수치화하고 그 결과를 상기의 복합시트에 적용하였다. 1000V 이상의 부분방전 개시 전압을 만족시킬 수 있는 실용적 관점에서 Non-conductive heat dissipation solar cell 백시트를 설계∙검토하였다. 최종적으로 제작한 방열기능성 백시트의 검증을 위해 태양전지 모듈을 제조한 후 옥외에 설치하여 전력효율을 분석하였다. 방열효과에 의해 약 3.4%의 전력효율 향상효과가 발생하였음을 검증하였다. 방열 기능성 백시트를 개발하고 태양전지모듈에 적용함으로써 전력효율이 향상되었음을 검증할 수 있었다. 이를 통해 기초 방열소재의 향후 개선된 방법의 실용화 방안을 제안하며, 대체에너지 및 전기전자 산업의 상업화 확대에 이바지하고자 한다.