• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.362-363
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• 2011

태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 부가가치창출에 어려움이 있으며, 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로는 2세대 태양전지로 불리는 박막형이 현재의 대안이며, 특히 에너지 변환 효율과 생산 원가에서 장점이 있는 것이 CIGS 박막태양전지로 판단된다. 화합물반도체 베이스인 CIGS 박막태양전지는 연구실에서는 세계적으로 20.3% 높은 효율을 보고하고 있으며, 모듈급에서도 13% 효율로 생산이 시작되고 있다. 국내에서도 연구실 규모뿐만 아니라 대면적(모듈급) CIGS 박막 태양전지 증착용 장비, 제조공정 등의 기술개발이 진행되고 있다. CIGSe2를 광흡수층으로 하는 CIGSe2 박막 태양전지의 구조는 여러 층의 단위박막(하부전극, 광흡수층, 버퍼층, 상부투명전극)을 순차적으로 형성시켜 만든다. 본 연구에서 광흡수층은 스퍼터링 방법으로 CIG precusor를 먼저 만들고, 그 위에 증발법으로 Se를 증착한 다음, 열처리 조건으로 CIGSe2 박막태양전지를 제작하였다. 제작된 CIGSe2 박막태양전지는 열처리 조건에 따라서 에너지 변환효율이 3.3에서 9.5%까지 다양하게 측정되었으며, 본 연구의 최고효율이 측정된 디바이스에서 개방전압은 0.48 V, 전류밀도는 33 mA/cm였으며, 그리드 전극을 제외한 디바이스의 면적은 0.57 cm2였다. 본 연구에서는 셀렌화 열처리 조건에 따른 CIGSe2 박막태양전지의 효율 측면을 고려하였지만, 더 높은 에너지 변환효율을 갖기 위해서 좀 더 높은 에너지 밴드갭과 개방전압, 낮은 직렬저항과 높은 shunt 저항 값 등의 상호 의존성에 대해서 연구결과들을 논하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.423.1-423.1
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• 2014

본 발표에서는 실리콘 이종접합 태양전지에서 중요한 실리콘 웨이퍼 표면/계면 제어에 대하여 발표한다. 다시 말하여, 실리콘 웨이퍼 기판 세정공정 변화에 따른 실리콘 웨이퍼 표면의 소수전하수명(minority carrier lifetime, MCLT) 및 태양전지 소자특성 변화에 대하여 연구하였다. 구체적으로, 실리콘 웨이퍼 클리닝 최초단계로써 KOH damage etching 공정을 도입할 때, 이후 클리닝 공정을 통일하여 적용한 웨이퍼 표면의 MCLT 및 상기 웨이퍼를 이용하여 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)을 통하여 제작한 태양전지 소자 효율은 KOH etching 시간이 10분일 때 최대치에 도달한 후 감소하였다. 또한, RCA1, RCA2, Piranha로 이루어진 웨이퍼 클리닝 단계의 사이에, 또는 맨 마지막에 묽힌 불산용액(DHF, 5 %) 처리를 하여 표면 산화막 제거 및 수소종단처리를 하여 기판의 passivation 특성을 향상시키고자 할 때, 불산용액 처리 순서에 따른 웨이퍼 표면의 MCLT 및 태양전지 소자 효율을 비교하였다. 그 결과, 묽은불산용액을 클리닝 단계 사이에 적용하였을 때의 MCLT 및 태양전지 소자의 특성이 더 우수하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2001년도 하계학술대회 논문집
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• pp.186.2-189
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• 2001

요실리콘을 기반으로 하는 박막은 반도체 재료로 Si, Si:Ge, SiC등이 사용되고있으며, 절연박막재료로 SiN, SiOxNy, SiOx 등이 있다. 이들 재료는 국내 반도체 산업의 핵심위치에 있는 물질이다. 한국 산업의 근간이라 할 수 있는 메모리분야에 적용될 뿐만 아니라 TFT-LCD, 태양전지, 각종 센서, X-ray 사진 촬영기 개발에도 응용되고 있다. 본 논문에서는 Silicon-based 박막의 제조기법과 그에 따른 다양한 실리콘 박막 실리콘 트랜지스터를 이용한 능동형 액정과 유기발광 화소제어 활용, 센서 응용 부분에서 태양전지, X-ray 촬영기활용 분야에서 기술현황 시장분석을 통해 차세대 연구개발의 방향을 제시하고자 한다. 현재 국내에서 실리콘 박막의 가장 큰 응용 분야는 메모리 소자의 평판디스플레이의 TFT-LCD 시장이다. 그러나 실리콘 박막으로 가능한 응용분야는 아직 산업계에서 열매를 맺지 못한 분야가 더 많고 실제로 적용할 수 있는 분야의 다양함을 본 논문을 통해 소개한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.56.1-56.1
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• 2010

결정질 실리콘 태양전지의 표면 ARC(Anti-reflection Coating)layer는 반사도를 줄여 광 흡수율을 증가시키고, passivation 효과를 통하여 표면 재결합을 감소 시켜 태양전지의 효율을 높이는 중요한 역할을 한다. Silicon nitride 박막은 외부 stress 요인에 대해 안정성을 담보할 수 있어야한다. 따라서, 본 연구에서는 굴절률 가변에 따른 silicon nitride 박막을 PECVD를 이용하여 증착하고, 항온/항습 stability test를 통해 박막의 안정성을 확인하였다. Silicon nitride 증착을 위해 PECVD를 이용하였고, 공정압력 0.8Torr, 증착온도 $450^{\circ}C$, 증착파워 300W에서 실험을 진행하였다 박막의 굴절률은 1.9~2.3의 범위로 가변하였다. 항온/항습에 대한 신뢰성을 test 하기 위하여 5시간동안의 test를 1cycle로 하여 20회 동안 실험을 실시하였다. 증착된 silicon nitride 박막의 lifetime은 firing 이후 57.8us로 가장 높았으며, 항온/항습 test 이후에도 유사한 경향을 확인 할 수 있었다. 또한, 100h 동안의 항온/항습 test 결과 silicon nitride 박막의 lifetme 감소는 8.5%에 불과했다. 본 연구를 통하여 온도와 습도의 변화에 따른 결정질 실리콘 태양전지의 SiNx 박막의 증착 공정 조건에 대한 신뢰성을 확인 할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.97.2-97.2
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• 2010

유리기판을 이용하여 제조되는 미세 결정질 실리콘 박막 태양전지에서 진성 반도체층(i ${\mu}c$-Si:H layer, i층)은 태양전지의 광 흡수층으로 사용되기 때문에 그 특성은 매우 중요하다. 특히, i층의 결정분율 변화는 태양광의 흡수파장 및 효율을 결정하여 준다. 본 연구에서는 i층 증착시 $SiH_4$ 가스의 농도 변화 및 $SiH_4$ 가스 profiling을 통하여 i층의 결정분율을 변화하였으며, 이에 따른 i층 단위박막과 미세결정질 태양전지 특성변화를 분석 하였다. i층의 $SiH_4$ 가스 농도가 증가함에 따라 i층 단위박막의 결정분율은 증가하였으며, 전기 전도도는 감소하였다. 또한, i층의 $SiH_4$ 가스 농도를 점차 증가하며 profiling 하여 증착한 박막은 동일 가스 농도로 증착한 박막보다 전기 전도도가 감소하였고, 증착속도는 증가하였다. 이와 같은 다양한 i층들은 'Raman spectroscopy'를 통하여 결정분율 변화를 측정하였다. 또한, 이 박막들을 광 흡수층으로 사용하는 미세결정질 태양전지를 제조하고, 태양전지의 효율, 양자효율, 암전류 특성들을 단위박막 특성과 연계하여 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.602-602
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• 2012

TCAD simulation을 이용하여 국부적 후면 접촉 구조를 가지는 단결정 실리콘 태양전지구조를 형성하고 실리콘 기판과 후면 passivation막 사이의 계면 특성 변화에 따른 태양전지의 전기적, 광학적 특성 변화에 대해서 연구하였다. 상기 연구를 진행하기 위하여 process simulator를 이용하여 후면에 국부적인 doped BSF region을 형성하고 device simulator를 이용하여 실리콘 기판과 후면 passivation막 사이의 carrier recombination 특성을 변화시켜 태양전지의 광학적, 전기적 특성을 분석하였다. Carrier recombination velocity의 감소에 따라 국부적 후면 접촉구조를 갖는 태양전지의 특성이 증가하는 것으로 관찰되었다. 이는 후면에서 실리콘과 박막 사잉의 결함이나, dangling bond에 의해서 carrier들이 재결합하는 확률이 줄어듦과 동시에, 후면 전극에서 carrier를 수집할 수 있는 확률이 커지기 때문이며, 800 nm 이상의 장파장영역 광원이 후면 passivation 박막에 의한 reflection으로 이차적인 carrier generation으로 인한 영향으로 판단되며 quantum efficiency 분석으로 규명하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2009년도 춘계학술대회 논문집 에너지변화시스템부문
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• pp.256-258
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• 2009

현재 상용화되어 있는 결정질 태양전지의 경우 높은 실리콘 가격으로 인해 저가격화에 어려움을 격고 있다. 따라서 태양전지 저가화의 한 방법으로 박막태양전지가 주목을 받고 있다. P-I-N 구조의 박막태양전지에서 각 층의 thickness, activation energy, energy bandgap은 고효율 달성을 위한 중요한 요소이다. 본 논문에서는 박막태양전지 p-layer의 가변을 통하여 고효율을 달성하기 위한 simulation을 수행하였다. 가변 조건으로는 thickness $5\sim25nm$, activation energy $0.3\sim0.6$ eV 그리고 energy bandgap $1.6\sim1.8$ eV까지 단계별로 변화시켰다. 최종 simulation 결과 p-layer의 thickness 5nm, activation energy 0.3 eV 그리고 energy bandgap 1.8 eV에서 최고 효율 11.08%를 달성하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.303-303
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• 2010

비정질 실리콘 박막 태양전지의 수광부인 i-layer는 비정질의 특성 상 많은 defect을 함유하고 있다. 이러한 defect들은 빛에 의하여 생성된 전자정공 재결합에 있어서 주도적으로 작용하게 된다. $H_2$는 이러한 defect들의 생성을 줄여주어 박막의 특성을 향상시켜주는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 비정질 박막 태양전지의 수광부로 사용되어지는 i-layer의 $H_2$ gas flow rate의 변화에 따른 태양전지의 특성을 simulation해 보았다. $H_2$는 1:0에 1:5까지 변화시켰고 그에 따른 태양전지의 QE, LIV, DIV 곡선을 통하여 특성을 알아보았다. 또한 추가적으로 i-layer의 두께에 따른 효율의 변화도 simulation해 보았다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.363-363
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• 2013

태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 부가가치 창출에 어려움이 있으며, 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로는 2 세대 태양전지로 불리는 박막형이 현재의 대안이며, 특히 에너지 변환 효율과 생산 원가에서 장점이 있는 것이 CIGS 박막 태양전지로 판단된다. 화합물반도체 베이스인 CIGS 박막태양전지는 연구실에서는 세계적으로 20.3% 높은 효율을 보고하고 있으며, 모듈급에서도 13% 효율로 생산이 시작되고 있다. 국내에서도 연구실 규모 뿐만 아니라 대면적(모듈급) CIGS 박막태양전지 증착용 장비, 제조공정 등의 기술개발이 진행되고 있다. CIGSe2를 광흡수층으로 하는 CIGSe2 박막 태양전지의 구조는 여러 층의 단위박막(하부전극, 광흡수층, 버퍼층, 상부투명전극)을 순차적으로 형성시켜 만든다. 이중에 소다라임유리를 기판으로 하는 하부전극은 Mo 재료를 스퍼터링 방법으로 증착하여 주로 사용한다. 하부전극은 우수한 전기적 특성이 요구되며, 주상조직으로 성장하여야 하며, 고온 안정성 확보를 위하여 기판과의 밀착성이 좋아야하고 또한 레이저 패턴시 기판에서 잘 떨어져야 하는 특성을 동시에 가져야 한다. 본 연구에서는 대면적 CIGSe2 박막태양전지에서 요구되는 하부전극 Mo 박막의 제작과 그 특성에 대해 평가하고, 최종적으로 대면적 CIGSe2 박막태양전지 공정에 적용 그 결과를 논하고자 한다.