• 자원리싸이클링
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• 제21권4호
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• pp.60-68
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• 2012

반도체 및 태양광 산업에서는 반도체 소자 및 솔라셀을 제조하기 위하여 실리콘 웨이퍼가 사용되고 있다. 실리콘 웨이퍼는 실리콘 잉곳의 절단으로부터 만들어지며 이 공정에서 실리콘 슬러지가 발생한다. 반도체 소자의 사용처가 점점 증가함에 따라 실리콘 슬러지의 발생량 또한 증가하고 있는 실정이다. 최근 경제적인 측면과 효율성에 관한 측면에서 실리콘 슬러지의 재활용 기술이 폭넓게 연구되고 있다. 본 연구에서는 실리콘 슬러지의 재활용 기술에 대한 특허와 논문을 분석하였다. 분석범위는 1982년~2011년까지의 미국, EU, 일본, 한국의 등록/공개된 특허와 SCI 논문으로 제한하였다. 특허와 논문은 키워드를 사용하여 수집하였고, 기술의 정의에 의해 필터링하였다. 특허와 논문의 동향은 연도, 국가, 기업, 기술에 따라 분석하여 나타내었다.

• 태양에너지
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• 제12권2호
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• pp.62-78
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• 1992

본 논문은 二(이)가열원 진공증착법을 이용하여 실리콘 웨이퍼의 온도를 190[$^{\circ}C$]로 유지한 상태에서 ITO 박막을 증착, 열처리한 후 $ITO_{(n)}/Si_{(p)}$ 태양전지를 제작하였고 그의 전기적 특성을 조사하였다. $In_2O_3$와 $S_nO_2$의 증착비율이 각각 91[mole %] 9[mole %]일 때 최대효율 11[%]의 태양전지를 제작 할 수 있었다. 제작된 전지는 열처리 시간과 온도에 따라 성능이 향상되지만 약 600[$^{\circ}C$] 이상의 온도, 15분 이상의 열처리 시간에서는 오히려 박막의 각종 결함의 증가로 인한 감소현상을 보였다. 제작한 전지의 광 응답 특성을 조사하였는데 열처리온도를 증가시킴에 따라 미소하나마 장파장 영역으로 그 peak값이 이동함을 알 수 있었다. X선 회절현상을 통해 열처리온도에 따른 결정성장이 증대하여 단결정 쪽으로 이동해 감을 확인할 수 있었다. 본 실험에서 제작한 $ITO_{(n)}/Si_{(p)}$ 태양전지에 대하여 특성을 조사한 바 다음과 같은 결과를 얻었다. $100[mW/cm^2]$의 태양광 에너지 조사하에서 단락전류 : ISC=31 $[mW/cm^2]$ 개방전압 : VOC=460[mV] 충실도 : FF=0.71 변환효율 : ${\eta}$=11[%].

• 자원리싸이클링
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• 제19권5호
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• pp.44-49
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• 2010

태양전지산업으로부터 배출되는 Si waste로부터 탄소환원법을 사용하여 SiC 분말을 제조하였다. 태양광 산업의 실리콘 웨이퍼 가공 공정에서 다량의 실리콘 및 오일 포함된 폐액이 발생한다. 환경과 경제적인 측면에서 폐액으로부터 실리콘 성분을 재회수하는 기술의 개발은 매우 중요하다. 본 연구에서는 폐 실리콘를 milling하여 나노화한 후 카본 블랙과 혼합하고 진공분위기에서 $1,350^{\circ}C$로 열처리하여 100 nm크기의 균일한 입도를 갖는 SiC 분말을 제조하였다. 폐실리콘과 생성물의 물리적 특성을 SEM, XRD, 입도분석 그리고 원자 흡수 분광기를 사용하여 분석하였다.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제9권4호
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• pp.31-37
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• 2010

In this paper, optical deflection of laser scattering has been investigated based on Rayleigh criterion for crystalline silicon wafer in solar cell. A laser scattering mechanism is newly designed using light scattering properties in silicon wafer. Intensity distributions of laser scattering are different, depending on the incident angle of laser computed from Rayleigh criterion. In case of the incident angle satisfied with the criterion, they are asymmetric. Also, their specular reflection angle is shifted to unpredicted ones. These phenomena are in accordance with previous theories of laser scattering. The optical deflection of laser scattering is experimentally identified with the designed laser scattering mechanism. Its mathematical model is presented from the geometric relationship of laser scattering. It is shown that the optical deflection of laser scattering agree with the presented model, exclusive of grazing angles which is satisfied with Rayleigh criterion.

• 에너지공학
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• 제23권1호
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• pp.21-32
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• 2014

본 논문은 한국 태양광기업을 대상으로 가치사슬(Value Chain, 이하 VC)과 가치시스템(Value System, 이하 VS)분석을 통해 기업 내 공정 간에 부가가치의 선순환구조가 형성되어 있는지와 산업 내 공정 간에 선순환적 생태계가 구축되어 있는지를 분석하였다. 연구 방법은 기업 설문조사를 실시한 후, VC과 VS 내 공정 간 인과관계에 대해 회귀분석을 하였다. 분석의 결과, 한국 태양광산업의 VC은 정부 R&D지원 증가가 관련 기업 R&D투자 증가로 이어졌고, 기업 R&D투자 증가가 기업 R&D성과 증가에 기여하였으며, R&D성과 증가가 태양광 제품 생산량 증가에 영향을 주었다. 또한 기업의 태양광 생산비용 감소가 매출액 대비 경상이익률 증가에 영향을 주었다. 그러나 기업의 제품 생산량 증가가 제품 생산비용 감소에 기여하지 못하고 있는 것으로 나타났다. 한편, 기업의 매출액 대비 경상이익률 증가가 생산량 증가에는 영향을 주고 있으나, 기업의 R&D투자 증가에는 기여하지 못하고 있는 것으로 나타나 선순환구조에 들어서 있지 못한 것으로 분석되었다. 한국 태양광산업의 VS은 태양전지기업의 매출액 대비 경상이익률 증가가 모듈기업의 매출액 대비 경상이익률 증가에만 영향을 줄 뿐, 그 외의 산업 내 모든 공정에서는 영향을 미치지 못하는 것으로 분석되었다. 이는 잉곳 웨이퍼기업, 태양전지기업, 모듈기업, 시스템기업이 상호 협력하여 만들어내야 하는 선순환적 산업생태계가 아직 미완성상태에 있다는 것을 보여주고 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.104.1-104.1
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• 2011

가볍고, 유연성(flexibility)을 갖는 박막(thin film)형 플랙서블 태양전지(flexible solar cell)는 상황에 따른 형태의 변형이 가능하여, 휴대가 간편하고, 기존 혹은 신규 구조물의 지붕(rooftop)등에 설치가 용이하여, 차세대 성장 동력 분야에서 각광받고 있다. 그러나 아직까지 플랙서블 태양전지는 제작시 열에 의한 기판의 변형, 기판 이송시 너울 현상, 대면적 패터닝(patterning) 기술 등 많은 어려움 등으로 웨이퍼나 글라스 기판에 제조된 태양전지 대비 낮은 광전환 효율을 갖는다. 따라서 본 연구에서는 플랙서플 태양전지 성능개선을 위해 3.5세대급 ($450{\times}450cm^2$) 스퍼터(sputter), 금속유기 화학기상장치 (MOCVD), 플라즈마 화학기상장치 (PECVD), 레이저 가공장치 (Laser scriber)를 이용하여 a-Si:H/a-SiGe:H 이중접합(tandem)을 갖는 태양전지를 제작하였고, 광 변환효율 특성을 평가하였다. 전도도(conductivity), 라만(Raman)분광 및 UV/Visible 분광 분석을 통하여 박막의 전기적, 구조적, 광학적 물성을 평가하여 단위박막의 물성을 최적화 했다. 또한 제작된 태양전지는 쏠라 시뮬레이터 (Solar Simulator)를 이용하여 성능 평가를 수행하였고, 상/하부층의 전류 정합 (current matching)을 위해 외부양자효율 (external quantum efficiency) 분석을 수행하였다. 제작된 이중접합 접이식 태양전지로 소면적($0.25cm^2$)에서 8.7%, 대면적($360cm^2$ 이상) 8.0% 이상의 효율을 확보하였으며, 성능 개선을 위해 대면적 패턴 기술 향상 및 공정 기술 개선을 수행 중이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.395-396
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• 2011

본 논문에서는 30% 내외의 평균반사율을 가지는 다결정 실리콘 태양전지의 입사광 손실을 최소화하여 광전변환효율 극대화를 구현하기 위해서 SF6/O2 혼합가스를 이용한 RIE 표면 texturing 공정을 수행하였다. 현재 다결정 실리콘 태양전지는 다양한 방향의 grain을 가지기 때문에 단결정 실리콘에 적용되는 습식 식각 방식이 다결정 실리콘 표면 texturing에 적절하지 않은 것으로 알려져 있다. 이를 개선하기 위해서 이방성 식각 특성을 가지는 다양한 texturing 방법이 시도되고 있다. 대표적으로 기계적인 방식의 V-grooving, 레이저 grooving, 플라즈마 건식식각을 이용한 texturing 및 산 용액을 이용한 texturing 등의 연구가 보고되고 있다. 그 중에서 플라즈마 건식식각 방식의 하나인 RIE를 이용한 표면 texturing 공정이 간단한 공정과 산업계 응용의 용이성 때문에 활발히 연구되어 왔다. 특히 Sandia group과 일본 Kyocera사의 연구 결과에서는 그 가능성을 입증하고 있다. 본 연구에서는 공정의 단순화와 안전한 공정을 위해서 SF6/O2 혼합 가스를 이용하여 마스크 패턴 공정없이 RIE texturing 공정을 수행하였으며, RIE-textured 다결정 실리콘에 대해서 태양전지를 제작하여 표면 texturing이 광전변환효율에 미치는 영향에 대해서 분석하였다. 그 결과 SF6/O2 혼합 가스를 이용한 RIE texturing은 다결정 실리콘 표면에 주로 needle 구조를 형성하는 것을 확인하였다. 각 texturing 조건별 반사율의 차이는 needle 구조의 조밀도와 관련되는 것을 알 수 있었으며, 동일 공정 parameter 상에서 식각 시간 1, 2, 3, 4, 5분 기준 시간에 따른 표면 구조 분석 결과 seed 가 형성되고 그에 따라서 needle 형태로 식각되는 과정을 관찰하였다. 반사율은 분당 약 4%씩 낮아져 5분 식각 후 14.45% 까지 낮아졌으며, 표면 구조에서 폭은 약 30 nm로 모두 일정하며, 길이가 약 20, 30, 50, 80, 100 nm으로 증가되었다. 이 결과로 보아 seed로부터 needle 구조가 심화되어가는 것을 알 수 있었다. 시간에 따른 RIE texturing 후 제작된 태양전지는 효율이 1분 식각 기준 15.92%에서 약 0.35% 씩 낮아져 5분 식각 후 14.4%로 낮아졌다. Voc 는 texturing 시간에 관계없이 일정하며 Isc가 점점 감소되는 것으로 확인되었다. EQE 결과도 이와 동일하게 RIE texturing 시간이 길어질수록 전체 파장 범위에서 일정하게 낮아지는 것이 관찰되었다. Electroluminescence(EL) 이미지 결과 texturing 시간이 길어진 태양전지일수록 점점 어두운 이미지가 나타나 5분 식각의 경우 가장 어두운 결과를 나타내었다. 이런 결과는 한 가지 이유보다는 복합적인 문제로 예상되는데 궁극적으로는 RIE 공정 후 표면에 쌓인 charged particle들이 trap 준위를 형성하여 효율 및 공정상에 영향을 미친 것으로 보이며, 특히 잔류 O기가 불균일한 산화막을 형성하는 것으로 예상된다. 또한 EL 분석 결과를 볼 때 RIE texturing 공정이 길어질수록 불안정한 pn-junction을 형성하는 것을 확인하였으며, emitter 층 형성 후 PSG (phosphorous silica glass) 공정에서 needle의 상부 구조가 무너지면서 면저항이 증가된 결과로 분석된다. PSG 제거 후 측정된 면저항의 경우 3분 texturing 샘플부터 면저항이 약 4${\Omega}/sq$ 정도 증가됨을 확인하였다.

• Current Photovoltaic Research
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• 제5권2호
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• pp.59-62
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• 2017

Surface texturing is affected the uniformity and size of pyramid with saw mark defect density. To analysis the influence of the saw mark defect density, we textured various si wafer. When the texturing process proceeds without the saw mark removal, silicon wafer of low-saw mark defect density showed small pyramid size of $3.5{\mu}m$ with the lowest average value of the reflectance of 10.6%. When texturing carried out after removal of the saw mark using the TMAH solution, we obtained a reflectance of about 11% and the large pyramid size of $5{\mu}m$. As a result, saw mark wafers showed a better pyramid structure than saw mark-free wafer. This result showed that saw mark can take place more smooth etching by the KOH solution and saw mark-free wafer is determined to be a factor that have a higher reflectance and a large pyramid.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.510-510
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• 2012

반도체, 디스플레이, 태양광 등의 공정에서 사용되는 웨이퍼의 크기가 증가하고, 생산률이 플라즈마의 밀도에 비례한다는 연구 결과가 발표되면서 대면적 고밀도 플라즈마 소스 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, ECR, ICP, Helicon plasma 등 고밀도 플라즈마 소스에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라, 여러 개의 ICP를 결합한 multiple ICP를 이용해 대면적 고밀도 플라즈마 소스 개발을 진행했다. Multiple ICP의 경우 각 ICP 소스에 같은 power (current)를 공급해야만 균일한 플라즈마 방전이 발생되어 균일도를 확보 할 수 있다. Current controller 같은 추가적인 장비를 설치하지 않고, power를 분배하는 transmission line을 coaxial 형태로 설계하고 같은 길이로 병렬 연결함으로써 각각의 ICP소스에서 균일한 플라즈마를 방전시킬 수 있었다. Power generator에서 보는 각 ICP의 total impedance는 각 ICP 소스의 impedance와 coaxial 형태의 transmission line의 characteristic impedance, frequency, 길이의 함수로 구할 수 있고, 이 total impedance가 일정하기 때문에 current가 균등하게 분배되어 각 ICP소스에 균등한 power 분배가 가능한 것이다. 실질적으로 ICP 소스의 impedance는 플라즈마 방전 유무에 따라 변화하기 때문에 일정하게 유지하는 것은 어렵다. Transmission line의 characteristic을 사용함으로써 ICP의 impedance의 변화에 상관없이 Total impedance를 일정하게 유지시킴으로써 균등한 power 분배가 가능하다는 것을 연구했다. Frequency는 13,56MHz, characteristic impedance를 $50{\Omega}$ (coaxial cable)으로 고정하고, ICP 소스의 플라즈마 방전 유무/antenna turn/소스 위치에 따른 total impedance를 transmission line의 길이에 따라 측정하고, 이를 이론값, 그래프와 비교하였다. 특정 length에서 플라즈마 방전 유무(ICP의 impedance 변화)와 상관없이 비교적 일정한 total impedance를 유지하는 것을 확인 했다. 이것은 특정 길이를 갖는 coaxial형태의 transmission line를 연결하면, total impedance는 플라즈마 방전 유무로 발생하는 ICP의 impedance 변화와 상관없이 일정하게 유지되어 각 ICP소스에 균등한 파워 분배가 가능하다는 것을 보여준 결과이다. 이것을 토대로 frequency에 따라(또는 characteristic impedance에 따라) 균등한 파워 분배가 가능한 coaxial 형태 transmission line의 특정 길이를 구할 수 있고, 대면적 소스에서 균등한 파워 분배를 위한 병렬연결에 적용할 수 있을 것이다.

• Current Photovoltaic Research
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• 제2권3호
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• pp.120-123
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• 2014

Thermal doping method using furnace is generally used for solar-cell wafer doping. It takes a lot of time and high cost and use toxic gas. Generally selective emitter doping using laser, but laser is very high equipment and induce the wafer's structure damage. In this study, we apply atmospheric pressure plasma for solar-cell wafer doping. We fabricated that the atmospheric pressure plasma jet injected Ar gas is inputted a low frequency (1 kHz ~ 100 kHz). We used shallow doping wafers existing PSG (Phosphorus Silicate Glass) on the shallow doping CZ P-type wafer (120 ohm/square). SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) are used for measuring wafer doping depth and concentration of phosphorus. We check that wafer's surface is not changed after plasma doping and atmospheric pressure doping width is broaden by increase of plasma treatment time and current.