• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.92-92
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• 2009

실리콘 기판과 비정질 실리콘 박막 사이의 계면특성은 실리콘 이종접합 태양전지의 효율을 높이는데 있어서 중요한 요소이다. 이종접합 태양전지에서는 n형 실리콘 기판 위에 비정질 실리콘 막을 증착시키는데 이 때 비정질 실리콘 막이 증착되면서 (111)면과 (111)면이 만나는 조직화된 피라미드의 골 사이에서 부분적으로 실리콘의 에피층이 성장하게 된다. 이 에피층이 결정질 실리콘 기판과 비정질 실리콘 막 사이의 계면 특성을 떨어뜨려 이종접합 태양전지의 효율이 감소하게 된다. 본 연구에서는 n형 실리콘 기판을 이용한 고효율 실리콘 이종접합 태양전지 제작을 위하여 실리콘 기판의 조직화 상태를 다르게 하여 셀을 제작하였다. 이에 큰 피라미드 형상의 조직화된 기판 표면, 작은 피라미드 형상의 조직화된 기판 표면, 큰 피라미드 형상을 라운딩 시킨 기판 표면, 작은 피라미드 형상을 라운딩 시킨 기판 표면을 제작하여 기판 종류에 따른 이종접합 태양전지를 제작하여 특성을 비교 하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.104.2-104.2
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• 2011

세계적으로 환경오염이 심각해짐에 따라 친환경적으로 에너지를 생산하는 기술이 주목받고 있다. 그 중에서도 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양광 태양전지의 경우 원리가 간단하고 에너지원의 수급이 용이하다는 장점으로 인하여 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 태양광 태양전지의 경우, 태양전지 기판에서의 반사로 인하여 발전 효율이 낮아는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 텍스처링 공정을 통해 태양전지 기판에서의 반사를 줄이고 태양전지의 효율을 증가시키는 방법이 이용되고 있다. 본 연구에서는 나노 돌기를 가진 저반사 패턴을 이용하여 태양전지용 실리콘 기판을 제작함으로써, 태양전지 기판에서의 반사를 줄이고자 하였다. 나노 돌기를 가진 저반사 패턴이 형성 된 태양전지용 실리콘 기판을 제작하기 위해 ICP 장비를 이용한 $Cl_2$ 플라즈마 식각공정을 진행하였다. 먼저 Au agglomeration 기술을 이용하여 Au nano particle을 실리콘 기판 위에 형성 후, 이를 식각 마스크로 이용하여 ICP 식각을 진행하였다. 이어서 나노 돌기가 형성 된 실리콘 기판 위에 $Cl_2$ 플라즈마에 내식각성이 우수한 레지스트를 이용하여, 나노 임프린트 리소그래피 기술을 통해 저반사 패턴을 형성하였다. 이 방법으로 형성 된 저반사 패턴을 식각 마스크로 사용하여 앞의 공정과 동일한 조건으로 실리콘 기판을 식각하였다. 최종적으로 agglomerated Au particle과 $Cl_2$ 플라즈마에 내식각성이 우수한 레지스트를 이용하여 나노 돌기를 가진 저반사 패턴이 형성된 실리콘 기판을 제작하였다.

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

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2009.10a
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• pp.116-117
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• 2009

식각 공정변화 즉 상부 ICP 파워, 반응기 압력, 실리콘 기판 온도변화에 따른 실리콘 딥 비어 (deep via) 의 형상 변화 메커니즘을 연구하였다. 메커니즘을 연구하기 위해 $SF_6/O_2$ 플라즈마에 노출된 실리콘 기판의 공정변화에 따른 표면 온도변화를 실시간으로 측정하여 플라즈마 내 positive ions의 거동을 분석하였다. 실리콘 기판의 표면온도를 상승시키는 주된 요인은 positive ions임을 확인할 수 있었으며 이는 기판에 적용된 negative voltage로 인하여 나타난 이온포격이 그 원인임을 알 수 있었다. 상대적으로 radical은 실리콘 표면온도 상승에 큰 역할을 하지 못하였다. 기판 표면온도가 상승 할수록 실리콘 딥 비어 구조에 undercut, local bowing과 같은 측벽 식각이 활성화됨을 확인할 수 있었으며 이는 기판에 들어오는 positive ions가 측벽식각을 유도하는 것으로 해석할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2007.04a
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• pp.155-156
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• 2007

본 연구에서는 태양전지 표면에 입사된 빛의 반사율을 최소화하기 위해서 단결정 실리콘 기판 표면에 다공성 실리콘층을 적용하여 반사방지막(Anti-Reflection Coating, ARC)을 형성하는 실험을 하였다. 다공성 실리콘(Porous silicon, PSi)은 실온에서, 기판 성질에 따라 일정 비율로 만든 전해질 용액($HF-C_2H_5OH-H_2O$)을 사용하여 실리콘 표면에 양극산화처리 함으로써 단순 공정만으로 실리콘 기판의 반사율을 낮출 수 있다. 본 연구는 일정한 면저항을 가지는 단결정 실리콘 기판에 다공성 실리콘층을 여러 조건으로 형성하여 반사방지막으로써의 특성을 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.334.1-334.1
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• 2016

다른 재료에 비해 에너지 변환 효율의 관점에서 높은 경쟁력을 가진 결정질 실리콘은 지난 수십 년 동안 그 특성이 태양전지 분야에 널리 이용되어 왔다. 하지만 결정질 실리콘 웨이퍼는 일반적으로 제조 단계에서 많은 양의 에너지를 소비하고 절단 단계에서 절단 손실(Kerf-loss)이 발생된다. Epoxy Resin을 이용한 Kerf-less Wafering은 초박형 실리콘 웨이퍼 제조 기술 중 하나로, 비교적 간단한 장비와 공정을 통하여 절단 손실 없이 $50{\mu}m$이하의 초박형 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있는 기술이다. 실리콘과 Epoxy Resin 간의 열팽창 계수 차이를 이용하여 초박형 실리콘을 박리 시키는 기술로, 실리콘 기판 위에 Epoxy Resin으로 stress inducing layer를 올려 공정을 진행한다. stress inducing layer를 경화시키는 열처리가 끝나고 급냉되는 과정에서 stress inducing layer에 의해 실리콘 기판에 큰 응력이 가해지게 되고 실리콘 기판에 crack이 발생된다. 공정이 계속 됨에 따라 발생된 crack은 실리콘 표면과 평행한 방향으로 전파 되고 초박형 실리콘 layer가 실리콘 기판에서 박리 된다. 본 실험에서 중요한 공정 변수로는 stress inducing layer의 구성성분 및 두께, 열처리 온도 및 시간, cooling rate 등이 있다. 이러한 공정 변수들을 조절 하여 Epoxy Resin을 이용하여 $100{\mu}m$ 이하의 박리된 wafer를 얻을 수 있었다. 박리된 wafer의 단면과 두께를 Scanning Electron Microscopy(SEM)을 통해 관찰 하였고, 이를 통해 초박형 실리콘 박리 공정에 대한 연구를 진행하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.405-405
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• 2010

Thermocouple 을 통해 Inductively coupled plasma 에 노출된 실리콘 기판 표면온도를 공정조건 변화 에 따라 실시간 (in-situ) 측정하였다. 이를 바탕으로 공정변화에 따른 플라즈마 내 활성종의 거동을 연구하였다. 더 나아가 기판의 표면온도변화 및 활성종의 거동해석을 토대로 공정변화에 의한 딥 실리콘 구조형성 메커니즘을 해석하였다. 플라즈마에 노출된 기판표면 온도를 상승시키는 주 활성종은 positive ion 이며 ICP power, Bias power, 플라즈마 압력 변화에 따라 positive ion 의 밀도 및 가속에너지가 변화하는데 이러한 거동변화는 기판의 표면온도를 변화시킴을 알 수 있었다. 딥 실리콘 구조의 측벽 및 바닥에 형성되어 있는 passivaiton layer 즉 $SiO_xF_y$(silicon oxyflouride) 는 온도에 매우 민감한 물질이며 이는 딥 실리콘 구조 내부로 입사하는 positive ion 거동변화에 따라 그 성질이 변화하여 deep Si 구조 형상을 변화시킴을 알 수 있었다. 기판표면 온도가 $0^{\circ}C$ 이하의 극저온으로 유지된 상황에서 플라즈마를 방전할 경우 positive ions 의 가속에너지로 인해 기판표면온도가 상승하며 액화질소 유량증가를 통해 다시 기판의 표면온도를 유지시킬 수 있었다. 이를 통해 플라즈마 방전 전과 방전 후의 기판 표면온도는 상온의 기판뿐만 아니라 극저온의 기판에서도 다름을 알 수 있었다. 냉각환경 변화에 따른 딥 실리콘 구조형성 메커니즘을 positive ions 거동 그리고 온도 감소에 의한 $SiO_xF_y$ 성질 변화를 이용해 해석할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.167-167
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• 2009

결정질실리콘 태양전지를 제조함에 있어 실리콘 기판 내의 금속 불순물들은 소자제작 시에 성능 저하의 원인으로 작용한다. 따라서 본 연구에서는 실리콘 기판에 Cr, Cu, Ni 불순물을 강제 오염시킨 후 태양전지를 제작하여 각각의 불순물에 대한 특성을 조사 하였다. p-type 실리콘 기판을 오염시키기 위해 일정 시간동안 표준용액에 담근 후 질소 분위기에서 열처리 하여 불순물을 확산시켰다. 이후 상용 공정을 이용하여 태양전지를 제작하고 기판내 금속불순물 농도에 따른 태양전지의 동작특성을 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.89-89
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• 2009

높은 소수반송자 수명(life-time)을 가지는 고품위 실리콘 기판은 고효율 실리콘 이종접합 태양전지 제작을 위한 중요 요소 기술 중 하나이다. 본 연구에서는 n-type c-Si 기판을 이용한 고효율 실리콘 이종접합 태양전지제작을 위해 hot water oxidation(HWO) 공정을 이용하여 고품위 실리콘 기판을 제작하였다. 실리콘 기판의 특성 분석은 Qusi-steady state photoconductance (QSSPC)를 이용하여 소수반송자 수명을 측정하였으며, 기판의 면저항 및 wetting angle을 측정하여 공정에 따른 특성변화를 분석하였다. Saw damage etching 된 기판을 웨이퍼 표면으로부터 particle, 금속 불순물, 유기물 등의 오염을 제거하기 위해 $60{\sim}85^{\circ}C$로 가열된 Ammonia수, 과산화수소수($NH_4OH/H_2O_2/H_2O$), 염산 과산화수소수($HCL/H_2O_2/H_2O$) 및 실온 희석불산(DHF) 중에 기판을 각각 10분 정도씩 침적하여, 각각의 약액 처리 후에 매회 10분 정도씩 순수(DI water)에서 rinse하여 RCA 세정을 진행한 후 HWO 공정을 통해 기판 표면에 얇은 산화막 을 형성시켜 패시베이션 해주었다. HF를 이용하여 자연산화막을 제거시 HWO 공정을 거친 기판은 매끄러운 표면과 패시베이션 영향으로 기판의 소수 반송자 수명이 증가하며, 태양전지 제작시 접촉저항을 감소시켜 효율을 증가 시킬수 있다. HWO 공정은 반응조 안의 DI water 온도와 반응 시간에 따라 life-time을 측정하여 진행하였으며, 이후 PE-CVD법으로 증착된 a-Si:H layer 및 투명전도 산화막, 금속전극을 증착하여 실리콘 이종접합 태양전지를 제작하였다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.5 no.3
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• pp.284-290
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• 1995

다공성 실리콘의 기공은 n형 실리콘의 경우 기판에 수직으로 성장하여 이는 큰 곡률을 가지는 기공 끝 부분에서의높은 전기장에 의한 tunneling 기구로 설명된다. 본연구에서는 불산 수용액에서 전기화학적인 방법으로 다공성 실리콘을 제조할 때 n형 단결정 실리콘 기판과 전해질 용액의 계면에서의 전압 분포를 Poisson식에 의하여 수치적으로 계산하였다. 이 전압 분포로 기공 벽에서의 전기장 세기 및 전류 세기를 구하여 기공이 기판에 수직으로 성장하는 것을 설명하였다. 기공 사이의 거리는 고갈층의 두께에 의하여 결정되며, 고갈층의 두깨를 계산하여 그 원인에 대해서도 고찰하였다.