• 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 Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.136-137
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• 2008

Solar cell's efficiency depends on silicon's characteristic itself, or additional process such as texturing, coating, etc. Using PC1D, by adjusting Texturing, Base Resistivity, Emitter Doping, simulate many situation and observe the result. When texture Angle=$80^{\circ}$, Texture Depth=2um, Base Resistivity = 0.2, Emitter Doping = 8*Exp(19) are set, the solar cell's efficiency si 19.89%, and optimized.

• Resources Recycling
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• v.31 no.1
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• pp.3-11
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• 2022

Silicon is the most abundant metal element in the Earth's crust. Metallurgical-grade silicon (MG-Si) is an important metal that has wide industrial applications, such as a deoxidizer in the steelmaking industry, alloying elements in the aluminum industry, the preparation of organosilanes, and the production of electronic-grade silicon, which is used in the electronics industry as well as solar cells. MG-Si is produced industrially by the reduction smelting of silicon dioxide with carbon in the form of coal, coke, or wood chips in electric arc furnaces. MG-Si is purified by chemical treatments, such as the Siemens process. Most single-crystal silicon is produced using the Czochralski method. These smelting and refining methods will be helpful for the development of new recycling processes using secondary silicon resources.

• 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.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.21 no.2
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• pp.99-105
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• 2012

We fabricated the textured silicon (Si) surface on Si substrates by the electrochemical etching using gold (Au) nanoparticle catalysts. The antireflective property of the fabricated Si nanostructures was improved. The Au nanoparticles of ~20-150 nm were formed by the rapid thermal annealing using thermally evaporated Au films on Si. In the chemical etching, the aqueous solution containing $H_2O_2$ and HF was used. In order to investigate the effect of electrochemical etching on the etching depth and reflectance characteristics, the sample was immersed in the aqueous etching solution for 1 min with and without applied cathodic voltages of -1 V and -2 V. As a result, the solar weighted reflectance, i.e., the averaged reflectance with considering solar spectrum (air mass 1.5), could be efficiently reduced for the electrochemically etched Si by applying the cathodic voltage of -2 V, which is expected to be useful for Si solar cell applications.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.11a
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• pp.274-274
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• 2009

고효율 결정질 실리콘 태양전지 구조를 갖기 위해서는 기본적으로 광포획 기능이 고려된 기판이 고려되어야 한다. 본 실험에서는 2-step 습식공정을 이용하여 기판의 반사율을 기존 대비 절반 이하로까지 줄일 수 있는 저반사율을 갖는 표면구조를 얻을 수 있었다. 일반적인 텍스처링 공정을 NaOH와 TMAH등을 이용하여 10um이하의 피라미드 구조를 통해 평균반사율을 10~13%수준을 얻었고, metal assist etching을 이용하여 추가적인 나노 텍스처링을 적용하였다. 전체적인 2-step에칭을 적용하여 평균 반사율을 5%이하까지 줄일 수 있었다. 이는 전반적으로 나노구조 형성으로 인하여 단파장쪽의 반사율이 적게 나오고 IR 파장쪽의 반사율도 같이 낮아짐으로써 저반사율이 달성되었다. 2-step을 이용한 나노 텍스처링 공정 최적화와 반사방지막을 증착하여 이에 대한 효과를 연구하였다.

• Clean Technology
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• v.18 no.1
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• pp.43-50
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• 2012

Cleaning procedure of solar silicon wafer, following ingot sawing process in solar cell production is studied. Types of solar silicon wafer can be divided into monocrystalline or multicrystalline, and slurry sawn wafer or diamond sawn wafer according to the ingot growing methods and the sawing methods, respectively. Wafer surface and contaminants can vary with these methods. The characterisitics of contaminants and wafer surface are investigated for each cleaning substrate, and appropriate cleaning agents are developed. Physical properties and cleaning ability of the cleaning agents are evaluated in order to verify the application in the industry. The wafers cleaned with the cleaning agents do not show any residual contaminants when analyzed by XPS and regular patterns are formed after texturization. Furthermore, the cleaning agents are applied in the production industry, which shows superior cleaning results compared to the existing cleaning agents.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.4 no.3
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• pp.306-312
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• 1995

본 연구에서는 비정질 실리콘과 CuInSe2와 함께 지상용 태양전지재료로 널리 연구되고 있는 다결정 CdTe 박막의 열처리방법으로서 로열처리와 반도체 공정에서 사용되는 급속열처리 방법을 이용하여 이들 열처리의 효과를 분석함으로써 태양전지용 다결정 CdTeq 박막에 적합한 효율적인 열처리 방법에 대한 연구를 수행하였다. 증착 후 열처리조건에 따른 결정구조, 결정립 크기, 표면과 박막내부의 성분, 밴드갭 에너지값, 그리고 전기비저항 등을 측정하여 태양전지용 CdTe 박막의 물리적.전기적 특성에 미치는 열처리효과를 관찰하였다. 연구결과 30$0^{\circ}C$에서 증착하고 CdCI2 처리 후 $400^{\circ}C$ 30분간 로열처리를 한 경우, 그리고 $200^{\circ}C$에서 증착한 후 $500^{\circ}C$ 부근에서 1분간 급속열처리를 한 경우 다결정 CdTe 박막의 물리적 전기적 특성이 현저히 향상됨을 알 수 있었다. 특히 급속열처리를 한 경우 로열처리에 비해 결정립의 크기는 작으나 전기비저항이 낮고 밴드갭에너지가 단결정에 더욱 접근하며 태양전지용 다결정 CdTe 박막의 열처리 방법으로 적용할 가치가 있는 방법으로 사료된다.

• 한국태양에너지학회:학술대회논문집
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• 2012.03a
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• pp.237-242
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• 2012

At present, crystalline solar cells take up a significant percentage of the solar industry. The ways of increasing the efficiency of crystalline solar cell are texturing and AR(Anti-Reflection) coating, and the purpose of these technologies is to increase the amount of available light on the solar cell by reducing the reflectivity. The reflectance of crystalline silicon solar cell combined with such technologies will be able to predict using the proposed simulation in this paper. The simulation algorithm was made using MATLAB, and it is a combination of the theories of reflection in textured wafer and in anti-reflection coated wafer. The simulation results were divided into three wavelength band and were compared with actual reflectance measured by a spectrometer. The wavelength band from 300 to 380 was named ultraviolet region and the wavelength band from 380 to 780 is named visible region. Finally, the wavelength band from 780 to 1200 named infrared region. When compared with measured reflection data, the simulation results had a small error from 0.4 to 0.5[%] in visible region. The error occurred in the rest two regions is larger than visible region. The extreme error occurred the infrared region is due to internal reflection effect, but in the ultraviolet region, the rationale on reduction phenomenon of reflectance occurred in small range did not proved. If these problem will be solve, this simulation will have high reliability more than now and be able to predict the reflectance of solar cells.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2011.07a
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• pp.2060-2060
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• 2011

This paper was investigated the frequency property for optimal operating conditions of mono-crystalline Si solar cell. An internal impedance of mono-crystalline Si solar cell was influenced frequency. An optimal operating conditions of solar cell was under about 10[kHz].