• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.395-396
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• 2011

본 논문에서는 30% 내외의 평균반사율을 가지는 다결정 실리콘 태양전지의 입사광 손실을 최소화하여 광전변환효율 극대화를 구현하기 위해서 SF6/O2 혼합가스를 이용한 RIE 표면 texturing 공정을 수행하였다. 현재 다결정 실리콘 태양전지는 다양한 방향의 grain을 가지기 때문에 단결정 실리콘에 적용되는 습식 식각 방식이 다결정 실리콘 표면 texturing에 적절하지 않은 것으로 알려져 있다. 이를 개선하기 위해서 이방성 식각 특성을 가지는 다양한 texturing 방법이 시도되고 있다. 대표적으로 기계적인 방식의 V-grooving, 레이저 grooving, 플라즈마 건식식각을 이용한 texturing 및 산 용액을 이용한 texturing 등의 연구가 보고되고 있다. 그 중에서 플라즈마 건식식각 방식의 하나인 RIE를 이용한 표면 texturing 공정이 간단한 공정과 산업계 응용의 용이성 때문에 활발히 연구되어 왔다. 특히 Sandia group과 일본 Kyocera사의 연구 결과에서는 그 가능성을 입증하고 있다. 본 연구에서는 공정의 단순화와 안전한 공정을 위해서 SF6/O2 혼합 가스를 이용하여 마스크 패턴 공정없이 RIE texturing 공정을 수행하였으며, RIE-textured 다결정 실리콘에 대해서 태양전지를 제작하여 표면 texturing이 광전변환효율에 미치는 영향에 대해서 분석하였다. 그 결과 SF6/O2 혼합 가스를 이용한 RIE texturing은 다결정 실리콘 표면에 주로 needle 구조를 형성하는 것을 확인하였다. 각 texturing 조건별 반사율의 차이는 needle 구조의 조밀도와 관련되는 것을 알 수 있었으며, 동일 공정 parameter 상에서 식각 시간 1, 2, 3, 4, 5분 기준 시간에 따른 표면 구조 분석 결과 seed 가 형성되고 그에 따라서 needle 형태로 식각되는 과정을 관찰하였다. 반사율은 분당 약 4%씩 낮아져 5분 식각 후 14.45% 까지 낮아졌으며, 표면 구조에서 폭은 약 30 nm로 모두 일정하며, 길이가 약 20, 30, 50, 80, 100 nm으로 증가되었다. 이 결과로 보아 seed로부터 needle 구조가 심화되어가는 것을 알 수 있었다. 시간에 따른 RIE texturing 후 제작된 태양전지는 효율이 1분 식각 기준 15.92%에서 약 0.35% 씩 낮아져 5분 식각 후 14.4%로 낮아졌다. Voc 는 texturing 시간에 관계없이 일정하며 Isc가 점점 감소되는 것으로 확인되었다. EQE 결과도 이와 동일하게 RIE texturing 시간이 길어질수록 전체 파장 범위에서 일정하게 낮아지는 것이 관찰되었다. Electroluminescence(EL) 이미지 결과 texturing 시간이 길어진 태양전지일수록 점점 어두운 이미지가 나타나 5분 식각의 경우 가장 어두운 결과를 나타내었다. 이런 결과는 한 가지 이유보다는 복합적인 문제로 예상되는데 궁극적으로는 RIE 공정 후 표면에 쌓인 charged particle들이 trap 준위를 형성하여 효율 및 공정상에 영향을 미친 것으로 보이며, 특히 잔류 O기가 불균일한 산화막을 형성하는 것으로 예상된다. 또한 EL 분석 결과를 볼 때 RIE texturing 공정이 길어질수록 불안정한 pn-junction을 형성하는 것을 확인하였으며, emitter 층 형성 후 PSG (phosphorous silica glass) 공정에서 needle의 상부 구조가 무너지면서 면저항이 증가된 결과로 분석된다. PSG 제거 후 측정된 면저항의 경우 3분 texturing 샘플부터 면저항이 약 4${\Omega}/sq$ 정도 증가됨을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.283-283
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• 2010

17~18% 대역의 고효율 결정질실리콘 태양전지를 양산하기 위하여 국내외에서 다양한 연구개발이 수행되고 있으며 국내 다결정실리콘 태양전지 양산에서도 새로운 구조와 개념에 입각한 공정기술과 관련 장비의 국산화에 집중적인 투자를 진행하고 있다. 주지하는 바와 같이, 태양전지의 광전효율은 표면에 입사되는 태양광의 반사를 제외하면 흡수된 광자에 의해 생성되는 전자-정공쌍의 상대적인 비율인 내부양자효율에 의존하게 된다. 실제 생성된 전자-정공쌍은 기판재료의 결정상태와 전기광학적 물성 등에 의해 일부가 재결합되어 2차적인 광자의 생성이나 열로서 작용하고 최종적으로 전자와 정공이 완전히 분리되고 전극에 포집되어 실질적인 유효전류로 작용한다. 16% 이상의 고효율 결정질 실리콘 태양전지 양산이 요구되고 있는 현실에서 광전효율 개선 위해 가장 우선적으로 고려되어야 할 변수는 입력 태양광스펙트럼에 대한 결정질 실리콘 표면반사율을 최소화하여 광흡수를 극대화하는 것이라 할 수 있다. 현재까지 다결정 실리콘 표면을 화학적으로 혹은 플라즈마이온으로 50-100nm 직경의 바늘형 피라미드형상으로 texturing 함으로 단파장대역에서 광반사율의 감소를 기대할 수 있기 때문에 결정질실리콘 태양전지효율 개선에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 고효율 다결정실리콘 태양전지 양산공정에 적용하기 위해 마스크를 사용하지 않는, RIE기반 건식 저반사율 결정질실리콘 표면 texturing 패턴연구를 수행하였다. 마스크없이 표면 texturing이 완료된 시료들에 대하여 A1.5G 표준태양광스펙트럼의 300-1100nm 파장대역에서 반사율과 minority carrier들의 life time 분포를 측정하고 검토하여 공정조건을 최적화 하였다. 저반사율의 건식 결정질실리콘 표면 texturing에 가장 적합한 플라즈마파워는 100W 내외로 낮았고 $SF_6/O_2$ 혼합비율은 0.8~0.9 범위엿다. 본 연구에서 확인된 최적의 texturing을 위한 플라즈마공정 조건은 이온에 의한 Si표면원자들의 스퍼터링과 화학반응에 의한 증착이 교차하는 상태로서 확인된 최저 평균반사율은 ~14% 내외였고 p-형 결정질실리콘 표면 texturing 패턴과 minority carrier의 life time 상관는 단결정이 16uS대역에서 14uS대역으로 감소하는 반면에서 다결정은 1.6uS대역에서 1.7uS대역으로 오히려 미세한 증가를 보여 다결정 웨이퍼생산과정에서 발생하는 saw-damage 제거의 긍정적 효과와 texturing공정의 표면 결함발생에 의한 부정적 효과가 상쇄되어 큰 변화를 보이지 않는 것으로 해석된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.364.1-364.1
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• 2014

고효율 태양전지로 가기 위해서는 태양전지의 후면 패시베이션은 중요한 역할을 한다. 후면 패시베이션 막으로 사용되는 $Al_2O_3$ 막은 $Al_2O_3/Si$ 계면에서 높은 화학적 패시베이션과 Negative Fixed Charge를 가지고 있어 적합한 Barrier막으로 여겨진다. 하지만 이후에 전면 Metal paste의 소성 공정에 의해 $800^{\circ}C$이상 온도를 올려주게 됨에 따라 $Al_2O_3$ 막 내부에 결합되어 있던 수소들이 방출되어 blister가 생성되고 막 질은 떨어지게 된다. 우리는 blister가 생성되는 것을 방지하기 위한 방법으로 PECVD 장비로 SiNx를 증착하는 공정 중에 $N_2O$ 가스를 첨가하여 SiON 막을 증착하였다. SiON막은 $N_2O$가스량을 조절하여 막의 특성을 변화시키고 변화에 따라 소성시 막에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 공정을 위해 $156{\times}156mm2$, $200{\mu}m$, $0.5-3.0{\Omega}{\cdot}cm$ and p-type 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용하였고, $Al_2O_3$ 막을 올리기 전에 RCA Cleaning 실행하였다. ALD 장비를 통해 $Al_2O_3$ 막을 10nm 증착하였고 RF-PECVD 장비로 SiNx막과 SiON막을 80nm 증착하였다. 소성로에서 $850^{\circ}C$ ($680^{\circ}C$) 5초동안 소성하고 QSSPC를 통해 유효 반송자 수명을 알아보았다.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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• v.27 no.10
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• pp.113-123
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• 1990

Tungsten film was deposited on the single crystal silicon wafer in a low pressure chemical vapor deposition reactor from silane and tungsten hexafluoride in the temperature range of $250-400^{\circ}C$ Deposition rate was found to be determined by the mass transfer rate of reactants from the gas phase to the safter surface. It was found out that tungsten films deposited contained about 3 atomic $\%$ of silicon and that the crystallinity and the grain size increased as the deposition temperature was increased. The resistivity of the film was measured to be in the range of $7~25{\mu}{\Omega}-cm$ and decreased with increasing deposition temperature. The adhesion of the tungsten film on a silicon surface was measured by the tape peel off test and it was improved with increasing deposition temperature. From the analysis of the gas composition, the reaction pathway to form $SiF_{4}$ and $H_{2}$ was found to be more favorable than HF formation.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.32 no.3
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• pp.115-120
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• 2022

A brown ring (hereinafter referred to as BR) on the inner surface of a quartz glass crucible used in the manufacturing process of a silicon ingot for semiconductor wafers was studied. BR is 20~30 ㎛ in size and has an asymmetric brown ring shape. The size and distribution of BR were different depending on the crucible location, and the size and distribution of BR were the largest and most abundant in the round part with the highest crucible temperature during Si ingot growth. BR contains cristobalite, which has a higher coefficient of thermal expansion than quartz glass, so it is considered that surface cracks appear. The color development of BR and pin holes are presumed to be due to oxygen vacancies.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.16 no.4
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• pp.292-297
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• 2003

We fabricated a single crystal silicon thin film transistor for active matrix organic light emitting displays(AMOLEDs) using silicon on insulator wafer (SOI wafer). Poly crystal silicon thin film transistor(poly-Si TFT) Is actively researched and developed nowsdays for a pixel switching devices of AMOLEDs. However, poly-Si TFT has some disadvantages such as high off-state leakage currents and low field-effect mobility due to a trap of grain boundary in active channel. While single crystal silicon TFT has many advantages such as high field effect mobility, low off-state leakage currents, low power consumption because of the low threshold voltage and simultaneous integration of driving ICs on a substrate. In our experiment, we compared the property of poly-Si TFT with that of SOI TFT. Poly-Si TFT exhibited a field effect mobility of 34 $\textrm{cm}^2$/Vs, an off-state leakage current of about l${\times}$10$\^$-9/ A at the gate voltage of 10 V, a subthreshold slope of 0.5 V/dec and on/off ratio of 10$\^$-4/, a threshold voltage of 7.8 V. Otherwise, single crystal silicon TFT on SOI wafer exhibited a field effect mobility of 750 $\textrm{cm}^2$/Vs, an off-state leakage current of about 1${\times}$10$\^$-10/ A at the gate voltage of 10 V, a subthreshold slope of 0.59 V/dec and on/off ratio of 10$\^$7/, a threshold voltage of 6.75 V. So, we observed that the properties of single crystal silicon TFT using SOI wafer are better than those of Poly Si TFT. For the pixel driver in AMOLEDs, the best suitable pixel driver is single crystal silicon TFT using SOI wafer.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.8 no.3
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• pp.283-290
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• 1999

The $n^+/p/p^+$ junction PERL solar cell of $0.1{\sim}2{\Omega}{\cdot}cm$ (100) p type silicon wafer was fabricated through the following steps; that is, wafer cutting, inverted pyramidally textured surfaces etching by KOH, phosphorus and boron diffusion, anti-reflection coating, grid formation and contact annealing. At this time, the optical characteristics of device surface and the efficiency of doping concentration for resistivity were investigated. And diffusion depth and doping concentration for n+ doping were simulated by silvaco program. Then their results were compared with measured results. Under the illumination of AM (air mass)1.5, $100\;mW/cm^2$ $I_{sc}$, $V_{oc}$, fill factor and the conversion efficiency were 43mA, 0.6 V, 0.62. and 16% respectively.

• Solar Energy
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• v.12 no.2
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• pp.62-78
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• 1992

The solar cells of $ITO_{(n)}/Si_{(p)}$, which are ITO thin films deposited and heated on Si wafer 190[$^{\circ}C$], were fabricated by two source vaccum deposition method, and their electrical properties were investigated. Its maximum output is obtained when the com- position of the thin film consist of indium oxide 91[mole %] and thin oxide 9[mole %]. The cell characteristics can be improved by annealing but are deteriorated at temperature above 600[$^{\circ}C$] for longer than 15[min]. Also, we investigated the spectral response with short circuit current of the cells and found that the increasing of the annealing caused the peak shifted to the long wavelength region. And by experiment of the X-ray diffraction, it is shown to grow the grains of the thin film with increasment of annealing temperature. The test results from the $ITO_{(n)}/Si_{(p)}$ solar cell are as follows. short circuit current : Isc= 31 $[mW/cm^2]$ open circuit voltage : Voc= 460[mV] fill factor : FF=0.71 conversion efficiency : ${\eta}$=11[%]. under the solar energy illumination of $100[mW/cm^2]$.