• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.363-363
• /
• 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.

• Bulletin of the Korea Photovoltaic Society
• /
• v.1 no.2
• /
• pp.57-64
• /
• 2015

본고에서는 실리콘 기판을 기반으로 하는 태양전지의 효율을 높이기 위해 태양전지 전면뿐만 아니라 후면에도 전극을 배치하여 광흡수를 극대화한 양면형 태양전지의 연구 개발, 성능 측정 및 응용 기술 등에 대한 동향을 소개하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2008.05a
• /
• pp.374-377
• /
• 2008

비정질 Si박막 태양전지의 후면 반사층을 위한 ZnO:Al TCO박막을 RF Magnetron Sputtering 방법으로 증착하였으며 이의 전기적, 광학적 특성 및 구조를 최적화하였다. Sputtering의 공정변수인 증착 RF 파워, 기판온도, 타겟-기판 거리, 증착압력을 변화시켜 ZnO:Al 단일막의 전기적, 광학적 특성을 최적화 하였고,이를 소면적 태양전지 셀 및 모듈에 적용하였다.그 중 증착 RF파워 및 압력이 단일막의 전기적,광학적 특성에 타겟-기판거리는 박막의 균일도에 큰 영향을 주었다. 압력에 따른 박막의 치밀도를 SE EMA방법으로 정량화하였고, 광학적, 전기적 특성과 연관하여 해석하였다. ZnO:Al 박막의 물성을 최적화하여 태양전지 셀에 적용한 결과 두께 80nm에서 가장 큰 Jsc의 증가를 보였고, 적용 전에 비해 약 18%의 광변환효율의 증가를 얻었다. 최적화된 태양전지 셀의 광변환효율은 9.9%, 모듈 효율은 7.4%였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2012.02a
• /
• pp.593-593
• /
• 2012

CIGS 박막 태양전지는 일반적으로 soda-lime glass(SLG)를 기판으로 사용하여 SLG/Mo/CIGS/CdS/ZnO/ITO/Grid의 구조로 제작된다. 하지만 SLG를 기판으로 사용할 경우, 유리의 특성상 무게가 무겁고, 유연성이 없기 때문에 건축물 적용에 적합하지 않다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 가볍고 유연한 금속 및 폴리이미드 기판을 이용한 CIGS 태양전지가 널리 연구되고 있다. 그러나, 폴리이미드 기판의 경우, 특성이 우수한 CIGS 박막을 얻기 위한 고온 공정을 사용할 수 없기 때문에 이에 대한 고려가 필요하다. 본 논문에서는 CIGS 박막 태양전지 제작을 위한 폴리이미드 기판의 특성과 그 위에 형성한 후면 전극의 특성을 논의하고자 한다. 4종류의 폴리이미드 기판에 대한 열 특성을 시차주사열량계(differential scanning calorimeter)와 열중량분석기(thermogravimetric analysis), 열기계분석기(thermo mechanical anaylsis)를 이용해 분석하였다. 또한 Mo 후면 전극을 DC-sputter를 이용해 형성한 후, XRD와 AFM, 4-point probe를 이용하여 결정성 및 표면 거칠기, 면저항을 분석하였다. 결정성과 거칠기는 SLG에 증착했을 때와 동일한 결과를 보였으며, 면저항은 폴리이미드 필름에 증착 할 경우 더 크게 측정되었다. 본 연구는 중소기업청 산연기술개발사업(SL122689) 및 과학기술연합대학원대학교(UST)의 지원을 받아 수행된 "공동연구 지원사업"의 연구결과입니다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2015.08a
• /
• pp.81.1-81.1
• /
• 2015

최근 실리콘(Si) 원재료 가격의 하락으로 인하여, 태양광 시장에서 성능 좋은 저가의 태양광 모듈을 요구하고 있다. 즉, 와트(W)당 낮은 가격의 태양광 모듈을 선호하기 때문에 경쟁력을 갖추기 위하여서는 많은 출력을 낼 수 있는 고효율의 태양전지가 요구된다. 그래서 주목을 받고 있는 것이 N-type 실리콘 기판을 사용한 고효율 태양전지이다. 하지만, n-type Si 기판의 경우, pn 접합의 형성을 위하여서 기존의 열 확산(Thermal diffusion)법에 의한 에미터(Emitter) 형성방법은 양질의 pn접합을 형성하기에는 한계가 있다. 그로 인하여 주목하고 있는 기술이 반도체 공정에서 널리 사용되고 있는 이온 주입(Ion implantation)방식이다. 이 기술은 양질의 에미터 형성을 위하여, 동일한 양의 불순물(dopant) 주입, 정확한 접합 깊이 제어 등이 가능한 방법으로 고효율 태양전지 제작에 필수적이며, 가능한 기술이라고 할 수 있다. 본 발표에서는 어플라이드 머트리얼즈(Applied Materials)사가 보유하고 있는 고효율 태양전지 제작에 필수적인 이온주입방식의 기술과 양산화 가능한 관련장비 등을 소개 하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2011.05a
• /
• pp.129.2-129.2
• /
• 2011

본 연구에서는 a-Si:H/c-si 구조의 이종접합 태양전지의 p a-Si:H 에미터 층의 박막 조건에 따라 태양전지 특성을 연구하였다. p, n-layer는 PECVD (Plasma-enhanced chemical vapor deposition) i-layer는 HWCVD(Hot wire chemical vapor deposition), ITO는 RF 마그네트론 스퍼터링법으로 제작하였다. p-layer의 도핑 농도, 기판 증착 온도, 증착 높낮이에 따라 특성을 비교 분석 하였다. QSSPC로 minority carrier life time, 자외 가시선 분광분석 장치로 투과 반사도를, Ellipsometer로 흡수 계수, 두께, FTIR로 막의 구성요소 등의 변화를 조사하여 개선된 p a-Si:H의 특성이 이종접합 태양전지에서 효율향상에 영향을 주는지 Photo IV와 EQE를 통하여 조사하였다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
• /
• v.13 no.6
• /
• pp.261-266
• /
• 2003

The presence of ultrasonic wave in the caustic etching process enhances the etching rate and results in finer and more homogeneous textured structure of the crystalline silicon surface. The silicon solar cell textured in the caustic solution at $60^{\circ}C$ with ultrasonic wave gives higher cell performance than the cell textured at $70^{\circ}C$ without ultrasonic wave. This result indicates a strong possibility of lowering the production cost of the silicon solar cell through saving the thermal budget or expensive chemical normally employed in the texturisation of the crystalline silicon.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2005.06a
• /
• pp.209-216
• /
• 2005

태양광 주택 보급을 위해서는 기존에 고가의 실리콘 기판을 이용한 고효율 달성을 위한 연구중심의 태양전지 개발연구가 주축을 이루어왔다. 이는 개발에 성공하더라도 고가, 고난도, 복잡한 다단계 공정기술을 이용하는 단점 때문에 보급활성화를 촉진하기 위해서는 저가의 다결정 실리콘 기판을 이용한 중 상급 태양전지 상용화 기술개발로 전환할 필요로 인하여 본 연구에서는 차세대전력용 태양광발전시스템의 요소소자인 다결정태양전지 고효율화의 열쇠가 되는 기술력 확보를 통한 저가, 대면적, 고효율, 고수율 제품 대량생산 상용화에 중점을 두었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.06a
• /
• pp.82.1-82.1
• /
• 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 Vacuum Society Conference
• /
• 2012.02a
• /
• pp.592-592
• /
• 2012

태양전지에서 고효율 달성을 위해 태양광을 더 많이 활용하기 위해서는 태양전지 표면에서의 광 반사를 줄여야 하는데 가장 효과적인 방법은 실리콘 기판의 wet etching 공정을 통한 텍스쳐링이다. 태양전지에서 가장 많이 사용되는 파장대역은 가시광선 영역인데 555 nm 파장에서 실리콘 표면의 total reflectance는 30.1%로 매우 높고 diffuse reflectance는 0.1%로서 무시할만큼 적다. 하지만 wet etching을 한 후 total reflectance는 18%까지 감소하였고, diffuse reflectance는 16%까지 증가하였다. 결정면에 따른 식각선택성을 이용하는 이방성 etching으로 V groove 모양의 표면형상을 얻을 수 있었고, 후속 등방성 etching을 하여 U groove 표면형상을 얻을 수 있었다. 또한 wet etching의 문제점중의 하나는 반응중에 생성되는 수소기체가 실리콘 표면에 부착되어 etching이 불균일하게 진행되는 것인데 초음파를 사용하여 이 문제를 해결하였다. 그리고 Etchant의 성분용액중 하나인 IPA의 농도조절을 통해 표면에 형성되는 피라미드의 크기를 조절할 수 있었다. 본 연구에서는 실리콘 표면형상의 각각 서로 다른 크기와 모양에 따라 태양전지를 만들었을 때 빛의 활용 측면에서 어떤 변화가 있고 얼마만큼의 효율변화가 있는지에 대해서도 알아보았다.