건국대학교 차세대 태양광모듈 및 발전시스템 연구센터와 대학원의 전기전자재료 및 센서 연구실은 지도교수 및 재외교수와 겸임교수를 포함하여 석박사 과정 및 학연산 과정의 대학원생들로 구성되어 있습니다. 주요 연구 분야는 최근 많은 관심을 받고 있는 태양광발전 시스템의 주요 부분인 Si based한 박형 및 박막형 태양전지 모듈에 대한 연구하고 있으며, 차세대 태양광 모듈로서 화합물 반도체형과 CIGS 및 페로브스카이트의 신뢰성 및 장수명에관한 연구는 물론 차세대 태양전지로 일컫는 OPV(유기태양전지)의 실용화와 내구성향상 및 모듈화시의 Degradation현상극복 연구는 물론 최근 많은 각광을 받고있는 III-V족 및 Si기반의 저집광고효율태양전지(CPV)의 내구성에 가장 커다란 영향을 미치는 열전도해석의 연구를 진행하고있습니다,
특히 단면형 실리콘태양전지의 한계 극복을 위한 n-typ및 p-type의 고출력 양면형(Bifacial PVs) 태양광모듈을 개발하여 32%이상의 추가적인 출력을 구현하였으며 이와 더불어 100 um대에 접근하는 n-type박형 박형 태양전지 및 모듈을 개발하여 그 가능성을 제시하였습니다. 구체적으로 이들을 이용한 태양광 모듈의 내구성 확보를 위하여 출력 특성에 영향을 미치는 여러 가지 요인(셀, 모듈 및 시스템 부품)에 대한 해석과 이를 토대로 한 고신뢰성 수명연구를 진행하고 있으며 시스템레벨에서 상업용 태양광발전소는 물론 건축물의 옥상환경을 이용한 양면형태양광발전 시스템을 연구 진행하고 있습니다. 이는 육성은 물론 옥상 환경 및 수상환경에서의 발전까지 가능한 연구로 실제 저수지 및 댐의 설치를 통하여 그 내구성 및 전기적인 출력을 모니터링하고 있습니다.
최근들어서는 이러한 태양광 발전과 ESS를 접목하여 최적의 환경을 구현할수있는 마이크로그리드 시스템구현을 위한 알고리즘 개발과 최적용량산정을 위한 프로젝트들이 함께 진행되고있어 미래사회의 분산전원형 에너지자립 Home 및 마을단위는 물론 도시까지 구현함으로써 완벽한 에너지 자립국가 도약을 위한 초석의 다양한 연구들이 진행되고 있습니다.
또한 미래형 발전시스템 구현을 위하여 이종접합과 박막 및 박형의 나노구조 및 양자점을 이용한 차세대 태양전지의 특성 및 구조설계 중 소자 내부의 기판 형성이후부터 외부 부하까지의 최소 손실요인분석 및 공정 및 구조설계를 함께 진행함 으로써 다가올 초고효율 태양전지를 이용한 모듈 최적화 실험도 수행하고있습니다. 아울러 실제 태양광발전소를 설계할 때에 최대의 에너지 창출은 위한 발전시스템 최적화연구도 동시에 진행하고 있습니다.
이외에 Si 및 화합물반도체와 센서 및 엑츄에이터의 연구도 함께 진행 중이고 그 중에서 고속 저전력 소모용소자인 서브마이크론 MOSFET 및 SOI MOSFET과 BJT의 결합 연구를 하고있으며 고속 대전력용 소자인 IGBT(Insulated gate Bipolar Transistor)는 기존의 Thrystor나 SCR이 가지는 단점을 보완한 Gate의 On-Off 신호에 의해 작동되는초고속의 전력용 반도체 소자로서 IGCT 다음으로 출력이 크고 초고속 열차나 지하철등의 고효율 모터의 제어등에 쓰이고 있으며, 태양광 발전 시에는 DC를 AC로 변환하여 태양광 발전 시스템에서 태양광모듈 다음으로 가장 커다란 전력 손실을 초래하는 전력 변환 장치인 인버터의 On-Off 스위칭 소자로서 쓰이고 있습니다. 따라서 연구실에서는 이러한 전력용 반도체 소자의 고속화에 따른 On-Off시의 손실을 최소화 할 수있는 반도체 소자의 디자인 및 손실 모델을 개발하고 있기도 합니다.
이와 더불어 화합물 반도체의 대표적인 물질인 GaAs를 이용한 MMIC용 MESFET과 HBT 및 GaAs/AlGaAs 및 InP/InGaAs 구조의HEMT등 초저전력 초고속 신호 처리용 반도체소자의 전기적인 특성을 연구하고 있습니다. 이러한 소자의 쓰임새는 인공 위성과 지상 관제국, 근거리 통신망의 Data 송. 수신부등 초고속 통신을 위한 접점 부위 및 핵심부품에 필수적인 요소이고, 소위 Optoelectronics의 선두로 미래 인류문명의 기초를 제공하는 재료 및 소자로 일컬어지기도 하며, 집광형 태양광발전시스템(CPV: Concentrated Photovoltaics)이나 이공위성용 태양광발전의 주요 기판으로 사용되기도합니다.
한편, 센서 및 Actuator 분야는 주로 압전체를 응용하는 분야로서 PZT세라믹은 압전, 온도 특성이 우수하며 또 저가로 양산할 수 있어 일상생활에서 압전 착화소자, 압전 버너, 압전 트랜스를 위시하여 많은 곳에 이용되고 있으며 최근에는 미래의 표지장치 소자인 LCD의 Back-Light를 위한 변압기및 전자식 안정기의 인버터용
압전 변압기의 저가화 및 저전력화를 위한 연구를 진행하고 있습니다.
연구실에서 진행되는 모든 전기적 출력 및 신호와 이미지는 Data Acquisition System을 이용하여 실시간으로 Data Storage되며 이를 이용하여 자체 제작 된 모델과 시뮬레이터 그리고 컴퓨터 프로그래밍과 패키지된 프로그램 및 소자 시뮬레이터를 이용하여 Analytical한 방법과 Numerical한 해석 방법으로 연구를 병행하여 진행 중에 있습니다.
전기전자 재료및 센서연구실(EEMSL; Electrical and Electronic Materials & Sensor Laboratory)은 세계 일류의 태양광 에너지 발전 설계 기술을 개발하고 고급인력을 양성 함과 동시에 산학연 협력을 통하여 세계적으로 경쟁력 있는 솔라셀(Solar Cell)효율 보장을 위한 박형 및 박막형 태양전지모듈 설계 및 연구를 진행하고 있으며, 또한 반도체 소자의 물성 연구 및 압전세라믹소자의 Application 개발연구도 함께 진행하고 있다. 학부의 연구능력 강화와 전국 대학 중 단일학과의 대기업 취업률 최고를 자랑하는 학과의 위상에 맞추어 LCD분야 및 반도체분야에 대한 기술 특화 및 면접 세미나도 함께 진행하고 있는 가운데 대외적으로는 EEMSL은 기업, 정부출원 연구소등과 컨소시엄 협약을 맺어 함께 운영이 되고 있기도 합니다.
현재 본 연구실 프로젝트에는 교내외의 학연산협동과정을 통하여 산연의 연구자들이 참여하고 있으며, 석사과정 및 박사과정 15명 내외의 연구원들이 태양전지의 내구성, 장수명태양광모듈 요소기술, 발전소설계, 초고속저전력 및 대전력 반도체 소자 시스템, 집적시스템 설계, HW/SW 통합설계, 모니터링시스템 및 에너지네트워크 등의 연구에 매진하고 있습니다. 연구소 전체에 지속적인 투자를 통해 장비노후화를 개선해 나가고 있으며, 태양광 분야의 공정연구와 교육기능 강화를 위하여 차세대 태양광모듈공동연구소 중장기 발전계획을 수립하여 추진하고 있습니다. 또한 현재 진행 중인 핵심역구 분야는 지구 멸망으로 부터 우리 인류를 구할 신재생 에너지 가운데 중대형 태양광발전소 설계 및 운영에 관한 연구를 위주로 하여 풍력과 지열 및 태양열을등 복합발전을 이용한 차세대 Eco 사무공간 과 주택 및 도시건설을 위한 경제성과 기술 경쟁력이 있는 플랫폼 개발도 함께 추진하고 있습니다.
특히 단면형 실리콘태양전지의 한계 극복을 위한 n-typ및 p-type의 고출력 양면형(Bifacial PVs) 태양광모듈을 개발하여 32%이상의 추가적인 출력을 구현하였으며 이와 더불어 100 um대에 접근하는 n-type박형 박형 태양전지 및 모듈을 개발하여 그 가능성을 제시하였습니다. 구체적으로 이들을 이용한 태양광 모듈의 내구성 확보를 위하여 출력 특성에 영향을 미치는 여러 가지 요인(셀, 모듈 및 시스템 부품)에 대한 해석과 이를 토대로 한 고신뢰성 수명연구를 진행하고 있으며 시스템레벨에서 상업용 태양광발전소는 물론 건축물의 옥상환경을 이용한 양면형태양광발전 시스템을 연구 진행하고 있습니다. 이는 육성은 물론 옥상 환경 및 수상환경에서의 발전까지 가능한 연구로 실제 저수지 및 댐의 설치를 통하여 그 내구성 및 전기적인 출력을 모니터링하고 있습니다.
최근들어서는 이러한 태양광 발전과 ESS를 접목하여 최적의 환경을 구현할수있는 마이크로그리드 시스템구현을 위한 알고리즘 개발과 최적용량산정을 위한 프로젝트들이 함께 진행되고있어 미래사회의 분산전원형 에너지자립 Home 및 마을단위는 물론 도시까지 구현함으로써 완벽한 에너지 자립국가 도약을 위한 초석의 다양한 연구들이 진행되고 있습니다.
또한 미래형 발전시스템 구현을 위하여 이종접합과 박막 및 박형의 나노구조 및 양자점을 이용한 차세대 태양전지의 특성 및 구조설계 중 소자 내부의 기판 형성이후부터 외부 부하까지의 최소 손실요인분석 및 공정 및 구조설계를 함께 진행함 으로써 다가올 초고효율 태양전지를 이용한 모듈 최적화 실험도 수행하고있습니다. 아울러 실제 태양광발전소를 설계할 때에 최대의 에너지 창출은 위한 발전시스템 최적화연구도 동시에 진행하고 있습니다.
이외에 Si 및 화합물반도체와 센서 및 엑츄에이터의 연구도 함께 진행 중이고 그 중에서 고속 저전력 소모용소자인 서브마이크론 MOSFET 및 SOI MOSFET과 BJT의 결합 연구를 하고있으며 고속 대전력용 소자인 IGBT(Insulated gate Bipolar Transistor)는 기존의 Thrystor나 SCR이 가지는 단점을 보완한 Gate의 On-Off 신호에 의해 작동되는초고속의 전력용 반도체 소자로서 IGCT 다음으로 출력이 크고 초고속 열차나 지하철등의 고효율 모터의 제어등에 쓰이고 있으며, 태양광 발전 시에는 DC를 AC로 변환하여 태양광 발전 시스템에서 태양광모듈 다음으로 가장 커다란 전력 손실을 초래하는 전력 변환 장치인 인버터의 On-Off 스위칭 소자로서 쓰이고 있습니다. 따라서 연구실에서는 이러한 전력용 반도체 소자의 고속화에 따른 On-Off시의 손실을 최소화 할 수있는 반도체 소자의 디자인 및 손실 모델을 개발하고 있기도 합니다.
이와 더불어 화합물 반도체의 대표적인 물질인 GaAs를 이용한 MMIC용 MESFET과 HBT 및 GaAs/AlGaAs 및 InP/InGaAs 구조의HEMT등 초저전력 초고속 신호 처리용 반도체소자의 전기적인 특성을 연구하고 있습니다. 이러한 소자의 쓰임새는 인공 위성과 지상 관제국, 근거리 통신망의 Data 송. 수신부등 초고속 통신을 위한 접점 부위 및 핵심부품에 필수적인 요소이고, 소위 Optoelectronics의 선두로 미래 인류문명의 기초를 제공하는 재료 및 소자로 일컬어지기도 하며, 집광형 태양광발전시스템(CPV: Concentrated Photovoltaics)이나 이공위성용 태양광발전의 주요 기판으로 사용되기도합니다.
한편, 센서 및 Actuator 분야는 주로 압전체를 응용하는 분야로서 PZT세라믹은 압전, 온도 특성이 우수하며 또 저가로 양산할 수 있어 일상생활에서 압전 착화소자, 압전 버너, 압전 트랜스를 위시하여 많은 곳에 이용되고 있으며 최근에는 미래의 표지장치 소자인 LCD의 Back-Light를 위한 변압기및 전자식 안정기의 인버터용
압전 변압기의 저가화 및 저전력화를 위한 연구를 진행하고 있습니다.
연구실에서 진행되는 모든 전기적 출력 및 신호와 이미지는 Data Acquisition System을 이용하여 실시간으로 Data Storage되며 이를 이용하여 자체 제작 된 모델과 시뮬레이터 그리고 컴퓨터 프로그래밍과 패키지된 프로그램 및 소자 시뮬레이터를 이용하여 Analytical한 방법과 Numerical한 해석 방법으로 연구를 병행하여 진행 중에 있습니다.
전기전자 재료및 센서연구실(EEMSL; Electrical and Electronic Materials & Sensor Laboratory)은 세계 일류의 태양광 에너지 발전 설계 기술을 개발하고 고급인력을 양성 함과 동시에 산학연 협력을 통하여 세계적으로 경쟁력 있는 솔라셀(Solar Cell)효율 보장을 위한 박형 및 박막형 태양전지모듈 설계 및 연구를 진행하고 있으며, 또한 반도체 소자의 물성 연구 및 압전세라믹소자의 Application 개발연구도 함께 진행하고 있다. 학부의 연구능력 강화와 전국 대학 중 단일학과의 대기업 취업률 최고를 자랑하는 학과의 위상에 맞추어 LCD분야 및 반도체분야에 대한 기술 특화 및 면접 세미나도 함께 진행하고 있는 가운데 대외적으로는 EEMSL은 기업, 정부출원 연구소등과 컨소시엄 협약을 맺어 함께 운영이 되고 있기도 합니다.
현재 본 연구실 프로젝트에는 교내외의 학연산협동과정을 통하여 산연의 연구자들이 참여하고 있으며, 석사과정 및 박사과정 15명 내외의 연구원들이 태양전지의 내구성, 장수명태양광모듈 요소기술, 발전소설계, 초고속저전력 및 대전력 반도체 소자 시스템, 집적시스템 설계, HW/SW 통합설계, 모니터링시스템 및 에너지네트워크 등의 연구에 매진하고 있습니다. 연구소 전체에 지속적인 투자를 통해 장비노후화를 개선해 나가고 있으며, 태양광 분야의 공정연구와 교육기능 강화를 위하여 차세대 태양광모듈공동연구소 중장기 발전계획을 수립하여 추진하고 있습니다. 또한 현재 진행 중인 핵심역구 분야는 지구 멸망으로 부터 우리 인류를 구할 신재생 에너지 가운데 중대형 태양광발전소 설계 및 운영에 관한 연구를 위주로 하여 풍력과 지열 및 태양열을등 복합발전을 이용한 차세대 Eco 사무공간 과 주택 및 도시건설을 위한 경제성과 기술 경쟁력이 있는 플랫폼 개발도 함께 추진하고 있습니다.
