• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.62.2-62.2
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• 2010

박막 실리콘 태양 전지는 저가격화 및 대량생산, 대면적화에 유리하다는 장점을 가지고 있다. 단점으로 지적되는 낮은 효율을 극복하기 위해 광흡수층의 밴드갭이 서로 다른 두 개 이상의 박막을 적층하여, 넓은 파장 대역의 빛을 효과적으로 흡수함으로써 광변환 효율을 올리기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다. 서로 다른 밴드갭의 광흡수층을 가진 p-i-n 구조를 다중 적층하여 고효율의 태양 전지를 제작하기 위해서는 n-도핑층과, p-도핑층 간에 전자와 정공이 빠르게 재결합할 수 있는 터널 접합(Tunnel Recombination Junction)의 형성이 필수적이며, 이때 광손실이 최소화되도록 해야한다. 만약 터널 접합이 적절하게 형성되지 않으면 결합되지 않은 전자와 정공이 도핑층 사이에 쌓이게 되고, 도핑층 사이의 저항 증가로 태양 전지의 광변환 효율은 크게 하락한다. 이번 연구에서는 터널 접합이 잘 이루어지게 하기 위한 n-도핑층 및 p-도핑층 박막의 특성과, 터널 접합의 특성에 따른 적층형 태양 전지의 광효율 변화를 확인하였다. 광흡수층 및 도핑층은 TCO($SnO_2:F$, Asahi) 유리 기판 위에 PECVD를 사용하여 p-i-n 구조로 RF Power 조건에서 증착되었고, ${\mu}c$-Si 광흡수층의 경우에는 VHF Power 조건에서 증착되었다. 광흡수층이 a-Si/${\mu}c$-Si의 구조를 가지는 이중 접합 태양 전지에서 ${\mu}c$-Si n-도핑층/${\mu}c$-Si p-도핑층 사이의 터널 접합 실험 결과 n-도핑층 및 p-도핑층의 결정화도와 도핑 농도를 조절하여 터널 접합의 저항을 최소화했고, 터널 접합 특성이 이중 접합 셀의 광효율 특성과 유사한 경향을 보임을 확인하였다. 광흡수층이 a-Si/a-SiGe/${\mu}c$-Si의 구조를 가지는 삼중 접합 태양 전지 실험의 경우 a-Si과 a-SiGe 광흡수층 사이에 ${\mu}c$-Si n-도핑층/${\mu}c$-Si p-도핑층/a-SiC p-도핑층의 구조를 적용하여 터널 접합을 형성하였으며, ${\mu}c$-Si p-도핑층의 두께 및 박막 특성을 개선하여 광손실이 최소화된 터널 접합을 구현하였고, 삼중 접합 태양 전지에 적용되었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.21 no.1
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• pp.29-35
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• 2012

The Hydrogenated silicon nitride (SiNx:H) using plasma enhanced chemical vapor deposition is widely used in photovoltaic industry as an antireflection coating and passivation layer. In the high temperature firing process, the $SiN_x:H$ film should not change the properties for its use as high quality surface layer in crystalline silicon solar cells. Initially PECVD-$SiN_x:H$ film trends were investigated by varying the deposition parameters (temperature, electrode gap, RF power, gas flow rate etc.) to optimize the process parameter conditions. Then by varying gas ratios ($NH_3/SiH_4$), the hydrogenated silicon nitride films were analyzed for its optical, electrical, chemical and surface passivation properties. The $SiN_x:H$ films of refractive indices 1.90~2.20 were obtained. The film deposited with the gas ratio of 3.6 (Refractive index=1.98) showed the best properties in after firing process condition. The single crystalline silicon solar cells fabricated according to optimized gas ratio (R=3.6) condition on large area substrate of size $156{\times}156mm$ (Pseudo square) was found to have the conversion efficiency as high as 17.2%. Optimized hydrogenated silicon nitride surface layer and high efficiency crystalline silicon solar cells fabrication sequence has also been explained in this study.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.414-414
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• 2014

박막 태양전지의 광흡수를 증가시키기 위한 방법으로 나노 사이즈의 구조체를 이용하는 방법들이 주목받고 있다. 나노 구조체로 인한 광 산란 효과는 광 흡수층에서 빛의 흡수를 높여 태양전지의 변환효율을 높일 수 있다. 3차원 구조체를 제작하는 기존의 방법들은 대면적 기판에 적용이 어렵고, 비용적 측면 등의 문제점들이 있다. 본 연구에서는 대면적화가 가능한 나노 임프린트 리소그래피 방법을 이용하여 Ag nano rod 패턴을 제작하였다. 임프린트 공정 중 UV 조사시간, 가해지는 하중, 기판온도 등의 변수들과, 건식 이온 식각 시 변수들을 조절하여 최적화된 3차원 rod 패턴을 형성할 수 있었다. 그림 1은 형성된 Ag rod 패턴의 SEM 측정 사진이다. 전극 폭 300 nm, 간격 300 nm로 제조된 rod는 Ag의 두께를 조절함으로써 전기, 광학적 특성을 조절할 수 있었다. 3차원 Ag nano rod를 박막 태양전지의 전, 후면 전극으로 사용하여 태양전지의 특성변화를 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.211.2-211.2
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• 2013

ITO (indium tin oxide)는 스마트폰을 비롯한 여러전자제품의 터치패널 투명전극으로 가장 많이 쓰이고 있는 물질이다. 산화 인듐(In2O3)과 산화 주석(SnO2)의 화합물로 우수한 전기적 특성과 광학적 특성을 지녀 태양전지 분야에서도 그 활용가능성이 높다. 또한 최근 고효율 태양전지인 HIT (heterojunction with intrinsic thin layer) solar cell의 경우 Si 기판의 두께가 얇고, 소자의 양면에서 태양광을 흡수하여 효율을 증가 시키데, 특히 투명 전극의 물리적 특성들과 계면의 트랩의 상태가 효율에 영향을 미친다. 본 연구에서는 HIT Si 기판의 태양전지 구조에 전극으로 쓰일 ITO 박막을 sputtering 방법으로 증착하여 물리적 특성을 연구하였다. ITO 타겟을 활용한 radio frequency magnetron sputtering 방법으로 Si 기판에 ITO 박막을 증착하였다. 50W의 방전전력과 Ar 10 sccm 분위기에서 성장시킨 ITO 박막을 Transmission Electron Microscope 로 측정하였다. X-ray Diffraction 측정으로 ITO 결정의 방향성을 확인하고 Photoluminescence 측정으로 성장된 ITO 박막의 밴드갭 에너지를 확인하였다. $100^{\circ}C$, $200^{\circ}C$, $300^{\circ}C$, $400^{\circ}C$에서 후열처리한박막의 광 투과율, 비저항, 이동도를 측정 비교하여 적절한 후열처리 온도를 찾는 연구를 진행하였다. Sputtering 방법으로 성장시킨 ITO 박막의 전기적, 광학적 특성을 측정하여 HIT solar cell에 활용될 가능성을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.398-398
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• 2009

텐덤 구조의 양자점 태양전지에서 양자점의 크기에 따라 에너지 밴드갭이 달라 넓은 대역의 태양광을 이용할 수 있다. 이러한 양자점의 크기는 증착 두께의 제어로 조절이 가능하다. Si과 C target을 이용한 RF Co-sputtering 법으로 각각 증착시간을 다르게 하여, SiC/$Si_{1-x}C_x$(x~0.20)인 실리콘 양자점 초격자 박막을 제조하고, $1000^{\circ}C$에서 20분간 질소 분위기에서 열처리를 하였다. Grazing incident X-ray diffraction(GIXRD)를 통해서 Si(111)과 $\beta$-SiC (111)이 생성되었음을 확인하였고, High resolution transmission electron microscopy(HRTEM) 사진으로 양자점의 크기와 분포 밀도를 확인할 수 있었다. Photoluminescence(PL)에서 1.4, 1.5, 1.7, 1.9eV의 Peak이 확인되었다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.07a
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• pp.1293-1294
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• 2007

태양전지는 대표적인 결정질 실리콘 태양전지를 비롯해 다양한 종류가 있지만 모두 입사광의 광량이나 광도에 출력이 의존한다는 점은 공통적이다. 이는 입사광의 에너지를 받아 염료 분자의 여기를 통해 전자를 생산하는 염료감응형 태양전지의 매커니즘에도 적용되는 것이다. 즉, 입사광의 광도나 광량의 값이 클수록 염료감응형 태양전지는 더 높은 출력전력을 생산한다는 의미이다. 본 연구에서는 투명성 때문에 입사광의 투과도가 높은 염료감응형 태양전지의 특성에 착안해 상대전극에 금속박막을 sputtering함으로써 입사광의 반사율을 증가시켜 입사된 광의 에너지를 더 효과적으로 활용할 수 있는 방법을 시도했다. 금속박막의 재료로 니켈, 백금, 은을 대상으로 실험한 결과, 금속박막을 sputtering 하지 않은 경우에 비해 전체적으로 염료감응형 태양전지의 효율이나 전력면에서 개선된 결과를 얻었고 그 중 백금 반사막을 입힌 셀로부터 최대 24.4%의 투과도 감소를 비롯, 11.5%의 출력전력의 증가와 0.4%의 효율 상승을 이끌어냈다.

• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.23 no.6
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• pp.2-11
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• 2008

태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환하는 반도체 소자이다. 태양전지는 효율과 신뢰성이 높은 동시에 저렴한 비용으로 생산할 수 있어야 경제성을 확보할 수 있다. 박막형 태양전지는 제조과정에 에너지가 적게 소요되므로 짧은 기간 내에 투자한 비용과 에너지를 회수할 수 있을 뿐 아니라, 소재 비용도 대폭 줄일 수 있다. 국내에서는 아직 1세대 결정형 실리콘 태양전지 산업이 주류를 이루고 있으며 2세대 기술은 초기 단계에 있으나, 이와 유사한 공정을 사용하는 대면적 디스플레이 생산 설비 및 기술을 기반으로 협력 체제를 구축하여 연구개발을 촉진함으로써 빠른 시일 내에 차세대 태양광 발전 시장에서의 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.364-364
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• 2013

현재 투명전극은 주로 ITO를 사용하고 있으며, ITO는 인듐산화물(In2O3)과 주석산화물(SnO2)이 9대 1의 비율로 혼합된 화합물로 인듐이 주성분이다. 따라서 ITO 사용량의 증가는 인듐의 수요 증가를 이끌어 2003년 이후 인듐 잉곳의 가격이 급등하였다. LCD에 응용되는 금속재료의 가격추이를 비교해보면, 인듐이 가장 큰 변화를 보이고 있으며, 2005년 인듐 가격은 2002년 대비 1,000% 이상 상승하였다가 2007년 이후 500%p 하락하여 2008년 2월 22일 기준으로 톤당 49만 달러에 거래되고 있다. 같은 기간 동안 알루미늄의 가격은 76.6% 상승하였으며 구리는 394%, 주석은 331% 상승하였다. 이러한 인듐의 가격 상승폭은 동일한 기간 동안 다른 금속 재료와 비해 매우 크며, 단위 질량당 가격도 20배 이상 높은 수준이다. ITO의 주성분인 인듐의 이러한 가격의 급등 및 향후 인듐의 Shortage 예상으로 인해 ITO 대체재 확보의 필요성이 증가되고 있다. 태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정질 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 고부가 가치 산업유지에 어려움이 있으며, 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로는 2세대 태양전지로 불리는 박막형이 현재의 대안으로 자리매김하고 있으며, 박막태양전지 산업분야가 현재의 정부정책 지원 없이 자생력을 갖추고 또한 시장 경쟁력을 확보하기 위해서는 박막태양전지 개발과 더불어 저가의 재료개발도 시급한 상황이다. 본 연구에서는 In-line magnetron sputtering system을 사용하여 소다라임 유리기판 위에 박막태양전지용 투명전도성 ZnO(Al) 박막 및 ZnO(AlGa) 박막을 각각 제작하였다. 각각 박막의 표면특성 및 성장구조, 결정성을 조사하였고, 또한 전기적 특성, 홀이동도와 개리어농도, 박막의 두께, 광투과율 특성을 연구하였다. ZnO(Al)박막, ZnO(AlGa)박막 대한 각각 특성을 평가하고 그 결과들을 논하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.320-320
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• 2012

III-V 화합물 태양전지는 실리콘, CdTe, CIGS, 염료, 및 유기 등 다른 태양전지에 비해 1sun 상 30% 이상의 고효율을 갖고 있고 앞으로도 계속 증가할 수 있는 가능성을 갖고 있다. 그 이유는 직접천이형 밴드갭, 높은 이동도 등의 고성능 물질특성과 더불어 3족과 5족의 비율을 조절함으로써 같은 결정구조를 갖고 에너지 밴드갭이 다른 물질들을 만들기에 용의하여, 태양전지 스펙트럼의 넓은 영역을 흡수할 수 있는 장점이 있기 때문이다. 그러나, 셀자체의 물질이 실리콘에 비하여 고가이므로, 고성능이 요구되는 우주 인공위성등에 적용이 되었지만, 2000년대 이후로 집광에 적용가능한 태양전지의 연구를 거듭하여 2005년부터는 값싼 프레넬 렌즈를 이용하여 1sun에 비해 500배 해당하는 빛을 셀에 집광하여 보다 효율을 증가시킴으로써 지상발전용에도 적용가능한 셀을 형성하게 되었다. 더불어 태양전지의 효율을 증가시키기 위한 개선된 구조적 변화의 시도도 많이 이루어지고 있다. 최근 보고에 의하면 실리콘 태양전지의 표면에 texture 또는 나노 구조를 주어 높은 흡수율과 낮은 반사율을 갖게 함으로써 효율을 증가시키는 사례가 많아지고, III-V 화합물 태양전지도 texturing에 의해 증가된 효율을 발표한바 있다. 본 연구에서는 태양전지의 효율을 증가시키기 위하여 III-V 화합물 태양전지 표면에 micro-hole array texture 구조를 형성한 후 나노 particle을 이용한 나노 texture 구조를 형성하였다. Photo-lithography와 chemical wet etching으로 micro-hole array texture 구조를 형성하였으며 micro-hole의 직경은 $5{\sim}20{\mu}m$, hole과 hole의 간격은 $3{\sim}15{\mu}m$로 다양하게 변화를 주었다. 형성된 micro-hole array texture 구조위에 수십 nm 크기의 particle을 만들어 chemical wet etching으로 나노 texture 구조를 형성하였다. 태양전지 표면에 texture 구조가 있는 경우와 없는 경우에 각각 효율을 측정, 비교 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.31-31
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• 2009

PECVD를 이용하여 제조된 미세결정질 p-i-n 실리콘 박막 태양전지에서, p 층은 태양전지의 윈도우 역할 및 그 위에 증착될 i ${\mu}c-Si:H$ 층의 'seed'층 역할을 수행하기 때문에, p층의 구조적 및 전기적, 광학적 특성은 태양전지의 전체 성능에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 $SiH_4$ 농도를 변화시켜 각기 다른 결정 특성을 갖는 p ${\mu}c-Si:H$층을 제조하고 그 위에 i ${\mu}c-Si:H$ 층을 증착하여 p층의 결정 특성변화와 그에 따른 i ${\mu}c-Si:H$ 층 및 'superstrate' p-i-n 미세결정질 실리콘 박막 태양전지의 특성 변화를 조사하였다. P층의 경우, $SiH_4$ 농도가 증가함에 따라 결정분율 (Xc)이 감소하여 비정질화되었으며 그에 따라 dark conductivity가 감소하는 경향을 나타내었다. 각기 다른 결정분율을 가지는 p 'seed' 층 위에 증착된 태양전지는, p 'seed' 층의 결정분율이 증가함에 따라 개방전압, 곡선인자, 변환효율이 경향적으로 감소하였다. 이는 p 층 결정분율 변화에 따른 p/i 계면특성 저하 및 그 위에 증착되는 i ${\mu}c-Si:H$ 층의 결함밀도 증가 등에 따른 태양전지 특성 감소 때문인 것으로 판단되며, 이를 분석하기 위하여 i ${\mu}c-Si:H$ 층의 전기적, 구조적 특성 분석 및 태양전지의 dark I-V 특성 등을 분석하고자 한다.