• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제58권3호
• /
• pp.369-380
• /
• 2020

대부분의 단결정 실리콘 잉곳은 초크랄스키(Czochralski(Cz)) 공정으로 제조된다. 그러나 단결정 실리콘 잉곳을 제품화 및 태양 전지 기판으로 가공하였을 때 산소 불순물이 있는 경우 낮은 효율성을 나타내는 경향이 있다. 단결정 Si-잉곳의 생산을 위해서는 용융 Si를 녹인 다음 단결정 Si의 시드(Seed)로 결정화하는 초크랄스키(Cz) 공정을 도입한다. 용융된 다결정 Si-덩어리를 단결정 Si-잉곳으로 결정성장 될 때, 열 전달은 Cz-공정의 구조에서 중요한 역할을 한다. 본 연구에서 고품질 단결정 실리콘 잉곳을 얻기 위해 Cz-공정의 최적화된 설계를 구성하였다. 결정 성장 시뮬레이션로부터 결정성장을 위한 Pulling rate 및 Rotation speed에 최적의 변수값을 형성하기 위해 사용되었으며, 변형된 Cz-공정에 대한 연구 및 해당 결과가 논의되며 결정 성장 시뮬레이션을 사용하여 Cz-공정의 Pulling rate, Rotation speed 및 Melt charge level의 최적화된 설계로 인한 결정성장시 단결정 실리콘으로 유입되는 산소 농도 최소화를 설계하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
• /
• pp.446-446
• /
• 2009

표면 패시베이션 기술로 이용되는 수소화된 실리콘 질화막은 제조원가의 절감을 위한 실리콘 기판재료의 두께 감소에 따른 특성상의 문제점을 해결하기 위해 중요한 영향을 미치는 요소이다. 실리콘 질화막은 강한 기계적 강도, 우수한 유전적 특성, 수문에 의한 부식과 유동적 이온에 대한 우수한 저항력 때문에, 반도체 소자 산업에서 널리 사용되고 있다. 수소화된 실리콘 질화막은 반사방지 특성과 함께 표면 패시베이션의 질을 향상시킬 수 있다. 굴절률 1.9 ~ 2.3 범위에서 쉽게 변화 가능한 수소화된 실리콘 질화막은 굴절률 1.4 ~ 1.5 사이의 열적 산화막 보다 효과적인 반사방지막이다. 수소화된 실리콘 질화막을 사용한 태양전지에서는 효율을 높이기 위해서 기판 표면에서의 케리어 재결합이 억제되어져야한다. 또한, 수소화된 실리콘 질화막은 최적화된 두께와 굴절률을 가져야한다. 본 연구에서는 고효율 태양전지에 적용하기 위해 반송자 수명이 향상된 수소화된 실리콘 질화막을 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용하여 증착하였다. 박막은 $250^{\circ}C\;{\sim}\;450^{\circ}C$에서 증착되었으며 증착된 박막은 1.94 to 2.05 굴절률 값을 가지고 있다. 반송자 수명을 증가시키기 위해 $650^{\circ}C\;{\sim}\;950^{\circ}C$에서 어닐링 하였고 반송자 수명을 측정하여 패시베이션 특성을 분석하였다. 수소화된 실리콘 질화막은 $850^{\circ}C$의 어닐링 온도와 굴절률 2.0 조건에서 가장 좋은 반송자 수명을 나타냈다.

• 신재생에너지
• /
• 제4권2호
• /
• pp.74-80
• /
• 2008

To improve the blue responses of screen-printed single crystalline silicon solar cells, we investigated an emitter etch-back technique to obtain high emitter sheet resistances, where the defective dead layer on the emitter surface was etched and became thinner as the etch-back time increased, resulting in the monotonous increase of short circuit current and open circuit voltage. We found that an optimal etch-back time should be determined to achieve the maximal performance enhancement because of fill factor decrease due to a series resistance increment mainly affected by contact and lateral resistance in this case. To elucidate the reason for the fill factor decrease, we studied the resistance analysis by potential mapping to determine the contact and the lateral series resistance. As a result, we found that the fill factor decrease was attributed to the relatively fast increase of contact resistance due to the dead layer thinning down with the lowest contact resistivity when the emitter was contacted with screen-printed silver electrode.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
• /
• pp.43.1-43.1
• /
• 2010

In the crystalline silicon solar cells, the full area aluminum_back surface field(BSF) is routinely achieved through the screen-printing of aluminum paste and rapid firing. It is widely used in the industrial solar cell because of the simple and cost-effective process to suppress the overall recombination at the back surface. However, it still has limitations such as the relatively higher recombination rate and the low-to-moderate reflectance. In addition, it is difficult to apply it to thinner substrate due to wafer bowing. In the recent years, the dielectric back-passivated cell with local back contacts has been developed and implemented to overcome its disadvantages. Although it is successful to gain a lower value of surface recombination velocity(SRV), the series resistance($R_{series}$) becomes even more important than the conventional solar cell. That is, it is a trade off relationship between the SRV and the $R_{series}$ as a function of the contact size, the contact spacing and the geometry of the opening. Therefore it is essential to find the best compromise between them for the high efficiency solar cell. We have investigated the optimal design for the local back contact by using PC1D simulation.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.390-393
• /
• 2008

To improve the blue responses of screen-printed single crystalline silicon solar cells, we investigated an emitter etch-back technique to obtain high emitter sheet resistances, where the defective dead layer on the emitter surface was etched and became thinner as the etch-back time increased, resulting in the monotonous increase of short circuit current and open circuit voltage. We found that an optimal etch-back time should be determined to achieve the maximal performance enhancement because of fill factor decrease due to a series resistance increment mainly affected by contact and lateral resistance in this case. To elucidate the reason for the fill factor decrease, we studied the resistance analysis by potential mapping to determine the contact and the lateral series resistance. As a result, we found that the fill factor decrease was attributed to the relatively fast increase of contact resistance due to the dead layer thinning down with the lowest contact resistivity when the emitter was contacted with screen-printed silver electrode.

• 한국태양에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국태양에너지학회 2011년도 춘계학술발표대회 논문집
• /
• pp.105-110
• /
• 2011

The doping procedure in crystalline silicon solar cell fabrication usually contains oxygen injection during drive-in process and removal of phosphorous silicate glass(PSG). In this paper, we studied the effect of oxygen injection and PSG on conversion efficiency of solar cell. The mono crystalline silicon wafers with $156{\times}156mm^2$, $200{\mu}m$, $0.5-3.0{\Omega}{\cdot}cm$ and p-type were used. After etching $7{\mu}m$ of the surface to form the pyramidal structure, the P(phosphorous) was injected into silicon wafer using diffusion furnace to make the emitter layer. After then, the silicon nitride was deposited by the PECVD with 80 nm thickness and 2.1 refractive index. The silver and aluminium electrodes for front and back sheet, respectively, were formed by screen-printing method, followed by firing in 400-425-450-550-$880^{\circ}C$ five-zone temperature conditions to make the ohmic contact. Solar cells with four different types were fabricated with/without oxygen injection and PSG removal. Solar cell that injected oxygen during the drive-in process and removed PSG after doping process showed the 17.9 % conversion efficiency which is best in this study. This solar cells showed $35.5mA/cm^2$ of the current density, 632 mV of the open circuit voltage and 79.5 % of the fill factor.

• 한국태양에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국태양에너지학회 2011년도 추계학술발표대회 논문집
• /
• pp.34-39
• /
• 2011

Screen printing method is a common way to fabricate the crystalline silicon solar cell with low-cost and high-efficiency. The screen printing metallization use silver paste and aluminum paste for front and rear contact, respectively. Especially the rear contact between aluminum and silicon is important to form the back surface filed (Al-BSF) after firing process. BSF plays an important role to reduces the surface recombination due to $p^+$ doping of back surface. However, Al electrode on back surface leads to bow occurring by differences in coefficient of thermal expansion of the aluminum and silicon. In this paper, we studied the properties of mono crystalline silicon solar cell for rear electrode with aluminum and aluminum-boron in order to characterize bow and BSF of each paste. The 156*156 $m^2$ p-type silicon wafers with $200{\mu}m$ thickness and 0.5-3 ${\Omega}\;cm$ resistivity were used after texturing, diffusion, and antireflection coating. The characteristics of solar cells was obtained by measuring vernier callipers, scanning electron microscope and light current-voltage. Solar cells with aluminum paste on the back surface were achieved with $V_{OC}$ = 0.618V, JSC = 35.49$mA/cm^2$, FF(Fill factor) = 78%, Efficiency = 17.13%.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.364.1-364.1
• /
• 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.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제49권4호
• /
• pp.432-437
• /
• 2011

최근 산업에서는 Czochralski(Cz) 공정에서 ingot의 생산성을 높이고 동시에 에너지 소비를 적절하게 할 수 있는 최적 설계가 요구되고 있다. 본 연구에서는 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 현장에서 적용 가능한 설계 인자인 도가니(crucible) 크기, shield 모양, heater의 위치를 변동하면서 가장 최적의 생산성 및 전력 절감 설계를 찾아내는 연구를 수행하였다. 대상 공정은 직경 8 인치 태양전지용 ingot 생산 공정으로 생산성 증대를 위해 도가니 크기를 22인치에서 24인치로 바꾸어 안정적 생산이 가능한 최적설계를 찾았다. 이때 산업에서 외형변화가 허용되지 않아 단열두께만 줄여 최적설계를 찾았다.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제16권3호
• /
• pp.61-65
• /
• 2009

단결정 실리콘 웨이퍼 위에 그라인딩 공정을 사용하여 인위적으로 결정학적 결함을 만들고 선택적 습식 식각 공정을 통하여 반사율을 저감시켜 태양전지에 적용할 수 있는 새로운 표면 조직을 형성하였다. 식각 용액의 농도와 식각 시간에 따른 표면 형태의 변화를 분석하고 그에 따른 표면의 광학적 반사율의 변화를 측정하였다. 결정학적 결함 분석과 표면 형태의 관찰은 각각 투과전자 현미경과 주사전자현미경을 이용하였고 광학적 특성은 spectrophotometer를 이용하여 분석하였다. 상기 방법에 의한 최적화된 실리콘 표면의 반사율은 평균 1%이하의 우수한 결과를 보였으며 짧은 공정시간 및 가격효율성 면에서 효과적인 제조 방법이라고 사료된다.