• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.387-387
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• 2012

결정 Si 및 비정질 Si 태양전지는 환경친화적이며 안정적인 물질로 전력변환 및 에너지 저장 장치에 중요하기 때문에 연구가 활발하게 진행되고 있다. 고효율 Si 태양전지를 제작하여 상용화하기에는 여러 가지 문제점이 있다. 공기와 비교하여 높은 굴절률을 갖고 있기 때문에 발생하는 반사를 줄이기 위해서 필요한 무반사 코팅층(Anti-reflective coating; ARC)은 주로 SiO2 와 SiNx 와 같은 유전체를 이용하여 사용하지만 이들 ARC 증착은 PECVD와 같은 진공장비를 사용하므로 제작 비용이 높아지는 단점이 있다. 나노선 또는 나노 팁과 같은 sub-wavelength 구조를 표면에 만들어 반사율을 줄이는 작업을 통해 ARC 공정비용을 감소하고 효율을 증진하는 연구가 활발히 진행되고 있다. CdS 양자점을 태양전지 표면에 형성함으로 ARC로 해결할 수 없는 단파장영역에 해당하는 부분을 줄이는 연구가 진행되었으며, 비정질의 경우 원기둥 형태의 태양전지 형태와 더불어 지름 방향으로의 PN 접합 나노로드 배열을 만들어 흡수면을 증가하여 효율을 증가한 연구도 진행되었다. 태양전지 표면의 형태를 V-groove 형태로 형성하여 입사하는 태양전지의 광밀도를 증가하는 이론적 결과도 발표되었다. 본 연구에서는 Si 태양전지의 표면변형에 따른 태양전지의 전력변환효율의 변화를 관찰하기 위하여 태양전지 표면의 texture 지름을 $3{\sim}15{\mu}m$, 간격을 $5{\sim}20{\mu}m$로 변화하고, 태양전지 표면의 나노 패턴을 2~10 nm 로 변화하여 반사율과 전력변환효율을 비교하였다. 나노와 마이크로 패턴은 각각 polystyrene nanosphere 와 photo mask를 이용하여 제작하였으며 PN junction Si 태양전지는 spin on dopant 방식으로 제작하여 성능을 조사하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.145-148
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• 2006

The protocrystalline silicon (pc-Si:H) multilayer solar cell is very promising owing to its fast stabilization with low degradation against light irradiation. However, the pc-Si:H multi layers have not extensively been investigated in detail on its material characteristics yet. We present the material characteristics of pc-Si:H multilayer using a transmission electron microscopy(TEM), and Raman spectroscopy. In addition, we present the superior light-soaking behavior of the pc-Si:H mutt i layer solar cell. A TEM micrograph shows that a pc-Si:H multilayer has a repeatedly layered structure and crystalline-like objects in a-Si:H matrix. A Raman spectra introduces improved short-range-order and medium-range-order in pc-Si:H multilayer. As a result the excellent metastability of the pc-Si:H multilayer solar cell is primarily due to the repeatedly layered structure that improves a structural order in absorber layer.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.295-295
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• 2014

일반적으로 박막 태양전지의 효율은 박막 종류에 따른 광 흡수율에 의해 결정되며, 이는 증착한 박막의 두께에 의해 결정된다. 증착한 박막의 두께가 두꺼워질수록 광 흡수율은 증가하지만, 박막 두께가 지나치게 두꺼워지면 열화 현상으로 인한 모듈의 효율 감소가 생기므로 적절한 박막의 두께가 요구된다. 특히 a-Si:H의 경우 가시광 영역에서 높은 흡수계수를 가지고 있어서 얇은 박막 두께로도 태양전지의 제작이 가능하지만, 동일한 박막 두께에서 효율을 더욱 향상시키기 위한 다양한 광 포획 기술에 대한 연구가 많이 진행 되고 있다. 본 연구에서는 자외선을 이용한 nano-imprint lithography 기술을 이용하여 a-Si:H 태양전지의 유리기판 위에 pattern을 삽입하여 광 산란 효과를 향상 시키고자 하였다. 또한 유리기판의 굴절률 (n=1.5)과 투명전극의 굴절률 (n=1.9)의 중간 값을 갖는 ZnO nanoparticles (n=1.7)이 분산 된 imprinting resin을 사용함으로써 점진적으로 굴절률을 변화시켜, 최종적으로 a-Si:H 층까지의 광 투과율을 높이고자 하였다. 제작한 기판의 종류는 다음과 같다. 첫 번째 기판으로는 유리기판 위에 ZnO nanoparticles이 분산 된 imprinting resin을 spin-coating 하여 점진적인 굴절률의 변화에 의한 투과도 향상을 확인하고자 하였다. 두 번째 기판으로는 규칙적인 배열을 갖는 micro 크기의 패턴을 형성하였다. 마지막으로는 불규칙한 배열을 갖는 nano 크기와 micro 크기가 혼재 된 패턴을 형성하여 투과도 향상과 동시에 빛의 산란을 증가시키고자 하였다. 후에 이 세가지 종류를 기판으로 사용하여 a-Si:H 기반의 박막 태양전지를 제작하였다. 먼저 제작한 박막 태양전지용 기판의 광학적 전기적 특성을 분석하였다. 유리 기판 위에 형성한 패턴에 의한 roughness 변화를 확인하기 위해 atomic force microscopy (AFM)를 이용하여 시편의 표면을 측정하였다. 또한 제작한 유리 기판 위에 투명 전극층을 형성 후, 이로 인한 전기적 특성의 변화를 확인하기 위해 hall measurement system을 이용하여 sheet resistance, carrier mobility, carrier concentration 등의 특성을 측정하였다. 또한, UV-visible photospectrometer 장비를 이용하여 각 공정마다 시편의 광학적 특성(투과도, 반사도, 산란도, 흡수도 등)을 측정하였고, 최종적으로 제작한 박막 태양전지의 I-V 특성과 외부양자효율을 측정하여 태양전지의 효율 변화를 확인하였다. 그 결과 일반적인 유리에 기판에 제작된 a-Si:H 기반의 박막 태양전지에 비해, ZnO nanoparticles이 분산 된 imprinting resin을 spin-coating 하여 점진적인 굴절률 변화를 준 것만으로도 약 12%의 태양전지 효율이 증가하였다. 또한, micro 크기의 패턴과 nano-micro 크기가 혼재된 패턴을 형성한 경우 일반적인 유리를 사용한 경우에 비해 각각 27%, 36%까지 효율이 증가함을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.80-80
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• 2010

유리기판위에 큰 결정입자를 갖는 실리콘 (폴리 실리콘) 박막을 제조하는 것은 가격저가화 및 대면적화 측면 같은 산업화의 높은 잠재성을 가지고 있기 때문에 그동안 많은 관심을 가지고 연구되어 오고 있다. 다양한 방법을 이용하여 다결정 실리콘 박막을 만들기 위해 노력해 오고 있으며, 태양전지에 응용하기 위하여 연속적이면서 10um이상의 큰 입자를 갖는 다결정 실리콘 씨앗층이 필요하며, 고속증착을 위해서는 (100)의 결정성장방향 등 다양한 조건이 제시될 수 있다. 다결정 실리콘 흡수층의 품질은 고품질의 다결정 실리콘 씨앗층에서 얻어질 수 있다. 이러한 다결정 실리콘의 에피막 성장을 위해서는 유리기판의 연화점이 저압 화학기상증착법 및 아크 플라즈마 등과 같은 고온기반의 공정 적용의 어려움이 있기 때문에 제약 사항으로 항상 문제가 제기되고 있다. 이러한 관점에서 볼때 유리기판위에 에피막을 성장시키는 방법으로 많지 않은 방법들이 사용될 수 있는데 전자 공명 화학기상증착법(ECR-CVD), 이온빔 증착법(IBAD), 레이저 결정화법(LC) 및 펄스 자석 스퍼터링법 등이 에피 실리콘 성장을 위해 제안되는 대표적인 방법으로 볼 수 있다. 이중에서 효율적인 관점에서 볼때 IBAD는 산업화측면에서 좀더 많은 이점을 가지고 있으나, 박막을 형성하는 과정에서 큰 에너지 및 이온크기의 빔 사이즈 등으로 인한 표면으로의 damages가 일어날 수 있어 쉽지 않는 방법이 될 수 있다. 여기에서는 이러한 damage를 획기적으로 줄이면서 저온에서 결정화 시킬 수 있는 cold annealing법을 소개하고자 한다. 이온빔에 비해서 전자빔의 에너지와 크기는 그리드 형태의 렌즈를 통해 전체면적에 조사하는 것을 쉽게 제어할 수 있으며 이러한 전자빔의 생성은 금속 필라멘트의 열전자가 아닌 Ar플라즈마에서 전자의 분리를 통해 발생된다. 유리기판위에 다결정 실리콘 씨앗층을 제조하기 위하여 전자빔을 조사하는 방법과 Al을 이용한 씨앗층 제조법이 비교되어 공정 수행이 이루어진다. 우선, 전자빔 조사를 위해 DC 및 RF 스퍼터링법을 이용하여 ${\sim}10^{20}cm^{-3}$이상의 농도를 갖는 $p^+^+$ 비정질 실리콘 박막을 제조한다. Al의 증착은 DC 스퍼터링법을 이용하여 제조하고 그 두께는 실리콘 박막의 두께와 동일한 조건(350nm)으로 제조한다. 제조된 샘플은 E-beam gun이 달린 챔버로 이동하여 1.4keV의 세기를 가지고 각각 10, 20, 50, 100초를 조사한 후 단면의 이미지를 SEM으로, 결정화 정도를 Raman으로, 결정화 방향 등에 대한 조사를 XRD로 분석 측정한다. 그리고 Hall effect를 통해 전자빔의 조사 전후의 캐리어 농도, 이동도 및 비저항 등에 대한 조사가 이루어진다. 동시에 Al을 촉매로 한 layer교환에 대하여 마찬가지로 분석을 통하여 최종적으로 비교분석이 이루어 진다. 전자빔을 조사한 샘플에 대하여 빠른 시간 및 캐리어농도 제어 등의 우수성이 보이며, 특히 ~98%이상의 결정화율을 보일 것으로 예상된다.

• 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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2009.08a
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• pp.294-294
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• 2009

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.10a
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• pp.103-103
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• 2008

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 1987.07a
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• pp.509-512
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• 1987

We report that the optimum substrate temperature to fabricate a-Si:H $n^+-p-p^+$ cell decreases with increasing the boron concentration in the Player. The results can be explained as the dependence of substrate temperature for the relaxation of silicon atoms and the bonded hydrogen concentration in the player.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.228-228
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• 2010

pin-형 비정질 실리콘 태양전지에서 p-층은 창물질로서 전기 전도도가 크고, 빛 흡수가 작어야 한다. p층의 두께가 얇으면 i층에서 충분한 내부전위를 얻을 수 없어 개방전압이 작아진다. 반대로 p-층 두께가 두꺼워지면 p-층 자체에서 빛 흡수가 증가하고, 높은 불순물 농도(> $10^{20}/cm^3$)에 의한 표면재결합이 문제가 되어 변환효율이 감소한다. 밴드갭이 큰 물질로 창층을 만들면 짧은 파장의 입사광이 직접 i-층을 비추므로 단락전류와 곡선인자를 증가시킬 수 있다. 본 실험에서는 비정질 실리콘 증착과 박막 특성 분석을 위하여, $5cm{\times}5cm$ 크기의 eagle 2000 glass(유리)와 p형 실리콘 wafer가 사용되었다. 투과도, 흡수도, Raman, 암전도도 와 광전도도 특성 측정에 유리 기판에 증착된 박막을, 두께 측정, FTIR 측정에는 실리콘 기판에 증착된 박막이 각각 사용되었다. p형 비정질 실리콘 증착에는 $SiH_4$, $H_2$, $B_2H_6$ 가스를 사용하였고, 플라즈마 형성에는 13.56MHz의 RF 소스가 사용하였다.p층은 $SiH_4$ 가스와 $H_2$ 가스비가 1:5인 조건에서 $B_2H_6$을 도핑하여 형성하였다. $B_2H_6$가스량을 변화시키며 형성하였으며, $B_2H_6$가스량이 증가함에 따라 암전도도가 증가하였으나, 광학적 밴드갭이 감소하였다. $H_2/SiH_4$ 가스 비가 0.001일 때 밴드갭은 1.76으로 i층보다 높게 형성되었으며, 암전도도는 $10^{-7}$이었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.11a
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• pp.281-284
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• 2007

Recently, we have developed p-i-n a-Si:H single junction thin film solar cells with RF (13.56MHz) plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system, and also successfully fabricated the mini modules ($>300cm^2$), using the laser patterning technique to form an integrated series connection. The efficiency of a mini module was 7.4% ($Area=305cm^2$, Isc=0.25A, Voc=14.74V, FF=62%). To fabricate large area modules, it is important to optimise the integrated series connection, without damaging the cell. We have newly installed the laser patterning equipment that consists of two different lasers, $SHG-YVO_4$ (${\lambda}=0.532{\mu}m$) and YAG (${\lambda}=1.064{\mu}m$). The mini-modules are formed through several scribed lines such as pattern-l (front TCO), pattern-2 (PV layers) and pattern-3 (BR/back contact). However, in the case of pattern-3, a high-energy part of laser shot damaged the textured surface of the front TCO, so that the resistance between the each cells decreases due to an incomplete isolation. In this study, the re-deposition of SnOx from the front TCO, Zn (BR layer) and Al (back contact) on the sidewalls of pattern-3 scribed lines was observed. Moreover, re-crystallization of a-Si:H layers due to thermal damage by laser patterning was evaluated. These cause an increase of a leakage current, result in a low efficiency of module. To optimize a-Si:H single junction thin film modules, a laser beam profile was changed, and its effect on isolation of scribed lines is discussed in this paper.