• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2003.03a
• /
• pp.41-41
• /
• 2003

비정질 실리콘 박막은 단결정 실리콘에 비해 저가이고 저온형성이 가능하여, 대면적/고효율의 실리콘 박막 태양전지 제작에 응용되고 있다. 태양전지에 적용하기 위해서는 우수한 암전류 및 광전류 특성을 나타내야 하고, 광학적 밴드 갭 특성 또한 중요하다. 본 연구에서는 HDP(High Density Plasma) PECVD 장비를 이용하여 나노결정립 및 비정질 실리콘 박막을 형성하고, 각 박막의 전기적, 광학적 특성을 측정, 평가하였다. 나노결정립 및 비정질 실리콘 박막의 전기적 특성은 Keithley 4200을 이용하여 암전류를 특성을 측정하였고, Solar Simulator를 이용하여 AM1.5, 100mW/$\textrm{cm}^2$ 조건에서 광전류 특성을 측정하였다. 또한, Spectrometer를 이용하여 박막의 투과율을 측정하여 Tauc Plot을 통해 광학적 밴드 갭을 계산하였다. 본 연구에서 형성된 비정질 실리콘 박막은 -$10^{6}$의 우수한 Photoresponse($\sigma$$_{ph}$ $\sigma$$_{d}$) 특성을 나타내었다. 또한, 비정질 실리콘 박막 내에 나노결정립이 형성됨에 따라 암전류는 증가하고, 광학적 밴드 갭도 증가하는 것을 알 수 있었다. 이렇게 밴드 갭이 증가된 나노결정립 실리콘 박막은 태양전지의 Window 층에 적용하면 효율 증가에 크게 기여할 것으로 판단된다.

• Solar Energy
• /
• v.17 no.1
• /
• pp.17-26
• /
• 1997

Since PESC(passivated emitter solar cell) was developed in 1985, high efficiency silicon solar cell technology based on planar technology has been improved in the order of PERC, Point Contact Solar Cell, PERL. BCSC and DSBC, which do not require photolithography, are expected to replace commercial screen printed cells because of its potential for low cost and high efficiency. In this paper, history and characteristics of each type of cells are reviewed.

• Journal of Sensor Science and Technology
• /
• v.9 no.1
• /
• pp.70-75
• /
• 2000

The recycled single crystal silicon wafers have been fabricated into solar cells. It can be a solution for the high cost in materials for solar cells and recycling of materials. So, p-type (100) single crystal silicon wafers with high resistivity of $10-14\;{\Omega}cm$ and the thickness of $650\;{\mu}m$ were used for the fabrication of solar cells. Optimistic conditions of formation of back surface field, surface texturing and anti-reflection coating were studied for getting high efficiency. In addition, thickness variation of solar cell was also studied for increase of efficiency. As a result, the solar cell with efficiency of 10% with a curve fill factor of 0.53 was fabricated with the wafers which have the area of $4\;cm^2$ and thickness of $300\;{\mu}m$. According to above results, recycling possibility of wasted wafers to single crystal silicon solar cells was confirmed.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2011.10a
• /
• pp.34.2-34.2
• /
• 2011

본 연구에서는 1986년에 국내 섬 지역에 설치된 태양전지 모듈을 대상으로 전기적 특성값의 열화 및 열화 원인에 대한 분석을 실시하였다. 태양전지 모듈의 초기 최대 출력값은 50 W였고, 5인치 단결정 실리콘 태양전지 36개로 구성되어 있었다. 첫째로, 육안 검사를 통해서 태양전지 모듈의 열화 현상을 관찰하였다. 태양전지 모듈의 절연성은 IEC 61215의 기준으로 측정하였다. 태양전지 모듈의 전기적 특성평가를 통해서 최대 출력값의 변화량을 측정하였고, EL(Electroluminescence) 측정을 통해서 태양전지의 열화를 분석하였다. 이를 통해 분석된 주요 열화 모드는 봉지재 (Encapsulant)의 변색(Discoloration) 및 박리(Delamination)현상이었다. 봉지재의 변색된 부분 및 변색되지 않은 부분의 태양광 반사도를 측정한 결과 변색된 부위의 반사도가 증가한 것을 확인하였다. 두번째로 최대 출력전압을 태양전지 모듈에 인가한 상태에서 태양전지 각각의 온도를 T.C (Thermocouple)을 이용하여 측정하였고, 이를 통해서 태양전지의 열화와 온도와의 관계를 분석하였다. 마지막으로 태양전지 모듈의 단면분석을 통해서 봉지재의 박리현상 및 리본와이어의 솔더 접합계면을 관찰하였다. 또한, 봉지재를 제거한 후에 SEM&EDX를 통해서 리본와이어 및 금속전극의 부식현상을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2007.11a
• /
• pp.57-58
• /
• 2007

결정질 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐링과 도핑은 태양전지의 효율을 결정하는 매우 중요한 요인이다. 높은 효율을 갖는 태양전지 설계를 위해 PC1D를 이용하여 텍스쳐링 사면체의 폭 및 각도, 베이스 면저항 및 농도를 조절하였다. 최적화 결과, 텍스쳐 피라미드의 폭은 $2{\sim}4{\mu}m$, 각도는 $79^{\circ}$ 베이스 면저항 $100{\Omega}/{\Box}$, 도핑 농도 $1{\times}10^{19}cm^{-3}$에서 15.06%의 변환효율을 얻을 수 있다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2009.10a
• /
• pp.241-242
• /
• 2009

다결정 실리콘 태양전지는 생산단가가 싸고 대면적화가 가능하여 상용화에 적합한 대안으로 제시되어 활발히 연구되고 있다. 그러나 다결정 실리콘 기관은 단결정에 비하야 B, P를 포함한 불순물이 많고 dialocation, twin, grain boundary 등의 결정 결함이 많아 비저항을 떨어뜨린다. 본 연구에서는 금속실리콘(99.9% Sl)을 태양광 급 고 순도 실리콘정녈하기 위하여 E-beam 용융 시 균일한 열전달 방법을 전산모사 하였다. 또한 소량의 반응성 가스($O_2$, $H_2$, $H_2O$)를 공급하는 경우 B와 P가 휘발성이 강한, BO, PO등으로 변하는 경우 QMS(Quadrupole mass spectrometer)로 검출가능 할 것인지 계산하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.08a
• /
• pp.405-405
• /
• 2011

실리콘 질화막(SiNx : H)는 결정질 실리콘 태양전지 제작 공정에서 ARC (Anti Reflection Coating)과 표면 패시베이션의 역할로써 많이 사용되었지만, layer 자체의 quality가 좋지 않기 때문에 최근에는 SiNx/SiO2 이중 layer로 passivation layer를 형성하고 있다. SiO2 layer는 Si substrate를 소스로 하여 성장시키기 때문에 막의 질이 우수하기는 하지만, 막 성장을 위해서 Furnace를 이용해야 하기 때문에, 공정 시간과 공정 비용을 증가시키는 단점이 있다. 본 연구에서는 SiO2 layer를 Furnace가 아닌, 질산(HNO3)을 이용하여SiNx/Thin SiO2 passivation layer 제작하였다. 실험에서는 SiO2 성장을 위해서 질산 용액에 p-type wafer를 dipping하여 시간대 별, SiO2 막의 두께를 관찰하였고, passivation의 효과를 확인하기 위해 lifetime을 측정하였다. 그 결과 SiNx/SiO2 이중 passivation layer는 SiNx 단일 막으로 passivation을 하였을 때보다, lifetime이 10 us 상승했고, 셀 제작시 효율은 약 1.1%, Fill Factor는 약 4% 정도 증가한 것을 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.06a
• /
• pp.82.1-82.1
• /
• 2010

수소화된 비정질 실리콘 박막을 이용한 반도체는 현재 태양전지, 트랜지스터, 매트릭스 배열 및 이미지 센서 등의 분야에서 이용되고 있다. 자세히 이야기 하면, 여러 가지의 광전효과 물질에 대한 특성이 있으며, 가시광선영역에 대하여 > $10^5cm^{-1}$이상의 매우 높은 광흡수계수와 낮은 온도를 갖는 증착공정 등이 있다. 박막의 밴드갭은 약 1.6~1.8eV로서 태양전지의 흡수층과 passivation층으로 적절하다. 여러 가지 종류의 태양전지 중 비정질 실리콘 박막/결정질 실리콘 기판의 구조로 이루어진 이종접합 태양전지는 저온에서 공정이 가능한 대표적인 것으로서 HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin layer)구조로 산요사에 의해 제안된 것이다. 이것은 결정질 실리콘 기판과 도핑된 비정질 실리콘 박막사이에 얇은 진성층 비정질실리콘 박막을 삽입함으로서, 캐리어 전송을 좋게하여 실리콘 기판 표면의 passivation효과를 증대시키는 결과를 가지고 온다. 실험실 규모에서는 약 20%이상의 효율을 보이고 있으며, 모듈에서는 19.5%의 높은 효율을 보이고 있어 실리콘 기판을 이용한 고효율 태양전지로서 각광을 받고 있다. 이러한 이종접합 태양전지의 대부분은 단결정 실리콘을 사용하고 있는데, 점차적으로 다결정 실리콘 기판으로 추세가 바뀌고 있어, 여기에 맞는 표면 passivation 공정 및 분석이 필요하다. 본 발표에서는 다결정 실리콘 기판위에 진성층 비정질 실리콘 박막을 유도결합 플라즈마 화학기상 증착법(ICP-CVD)을 이용하여 제조하여 passivation 효과를 분석한다. 일반적으로 ICP는 CCP(coupled charged plasma)에 비해 약 100배 이상 높은 플라즈마 밀도를 가지고 있으며, 이온 충돌같은 표면으로 작용하는 것들이 기존 방식에 비해서 작다라는 장점이 있다. 먼저, 유리기판을 사용하여 ICP-CVD 챔버내에 이송 한 후 플라즈마 파워, 온도 및 가스비(SiH4/H2)에 따른 진성층 비정질 실리콘 박막을 증착 한 후, 밴드갭, 전도도 및 결합구조 등에 대한 결과를 분석한 후, 최적의 값을 가지고 250um의 두께를 갖는 다결정 실리콘을 기판위에 증착을 한다. 두께(1~20nm)에 따라 표면의 passivation이 되는 정도를 QSSPCD(Quasi steady state Photoconductive Decay)법에 의하여 소수캐리어의 이동거리, 재결합율 및 수명 등에 대한 측정 및 분석을 통하여 다결정 실리콘 기판의 passivation effect를 확인한다. 제시된 데이터를 바탕으로 향후 다결정 HIT셀 제조를 통해 태양전지 효율에 대한 특성을 비교하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2011.05a
• /
• pp.121.1-121.1
• /
• 2011

현재 상용화되고 있는 단결정 실리콘 태양전지는 알루미늄 페이스트를 이용하여 후면의 전 영역에 전계를 형성한다. 최근에는 고효율을 얻기 위하여 후면에 패시베이션 효과와 장파장에 대한 반사도를 증가 시키는 SiNx막을 증착 후, 국부적으로 전계를 형성하는 국부 후면 전극(Local back surface field)기술이 연구되고 있다. 본 연구에서는 전면만 텍스쳐 된 단결정 실리콘 웨이퍼를 이용하였다. Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition(PECVD)를 이용하여 전,후면에 SiNx를 증착 하였고 후면의 국부적인 전극 패턴 형성을 위하여 SiNx 식각용 페이스트를 사용한 스크린 프린팅 기술을 이용하였다. 스크린 프린팅을 이용하여 패턴이 형성된 후면에 알루미늄을 인쇄 한 후 Rapid Thermal Process(RTP)를 이용하여 소성 공정 조건을 변화시켰다. 소성 조건 동안 형성되는 후면 전계층은 peak 온도와 승온속도, 냉각 속도에 따라 형상이나 특성이 변화하기 때문에 소성 조건을 변화시키며 국부적 후면 전계 형성의 최적화에 관한 연구를 수행하였다. 패이스트를 이용하여 SiNx를 식각 후 광학 현미경(Optical Microscopy)을 사용하여 SiNx의 식각 유무를 살펴보았고, RTP로 형성된 국부 전계층의 형성 두께, 주변 부분의 형상을 살피기 위해 도핑 영역을 혼합수용액으로 식각하여 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 관찰 하였다. 또한 후면의 특성을 살펴보기 위해 분광 광도계(UV/VIS/NIR Spectrophotometer)를 사용하여 후면 SiNx층의 유무에 따른 반사도를 비교, 측정 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.02a
• /
• pp.270-270
• /
• 2010

결정질 실리콘 태양전지는 표면반사에 의한 광 에너지 손실을 최소화 시키고자 식각을 통한 표면 조직화(texturing)가 이루어진다. 단결정 실리콘 웨이퍼의 경우 알칼리 용액(alkali solution)을 사용하여 이방성 식각(anisotropic etching)을 함으로써 표면에 피라미드를 형성하고 광 포획(light trapping) 효과에 의해 반사율을 줄이게 된다. 그러나 피라미드 형성을 통한 반사율 감소에는 한계를 가지고 있다. Metal assisted etching을 기반으로 한 새로운 형태의 텍스쳐링인 nano texturing은 피라미드가 이루어진 표면에 수많은 nm사이즈의 구조를 형성시킴으로써 표면에서의 반사율을 현저히 감소시킨다. 먼저 $AgNO_3$용액으로 웨이퍼 표면에 Ag입자를 코팅한 후, 그 웨이퍼를 다시 $HF/H_2O_2$ 용액으로 일정시간 동안 식각을 거치게 된다. 그로 인해 표면에는 수 nm 사이즈의 구조물들이 피라미드 위에 생성되고, $AgNO_3$의 농도 및 식각 시간에 따라 그 구조물의 크기 및 굵기가 달라진다. 결과적으로 평균 10%이상의 반사율을 보이던 기존 텍스쳐링 웨이퍼에서 3%이하의 낮은 반사율을 얻을 수 있었다. 또한 이런 nano texturing을 n-emitter 형성 공정 등에 따른 영향과 carrer lifetime에 대하여 연구하였다.