• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2007.04a
• /
• pp.141-142
• /
• 2007

표면 수정에 의한 결정질 실리콘 태양전지의 표면 반사율의 감소는 실리콘 태양전지에 있어서 가장 중요한 문제들 중 하나다. 결정질 실리콘 기판 표면에 텍스쳐링을 이용하여 반사방지막을 형성하는 것은 태양전지의 표면 반사율을 줄이는 측면에서 주목할 만한 것이다. 이 논문에서는 단결정 실리콘과 다결정 실리콘에 텍스쳐링을 이용하여 표면 반사율을 감소할 수 있는 방안에 대해서 연구한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2008.11a
• /
• pp.69-70
• /
• 2008

태양전지에서 효율성은 높이고 가격은 낮추기 위한 연구가 활발히 진행이 되고 있다. 본 연구에서는 효율성 중에서도 single layer에서의 반사율에 초점을 맞추었다. 본 연구에서는 single layer 박막에서의 반사율에 대한 시뮬레이션을 수행했다. 적절한 refractive index를 갖는 박막을 사용했을 때, 반사율 감소를 simulation과 실험을 통해서 알 수가 있었으며, MgF2 박막물질을 사용했을 경우, 물질의 refractive index가 낮을수록 반사율이 낮아짐을 알 수 있었다. 시뮬레이션 결과와 실제 실험 결과를 비교했을 때, 실제 실험 결과의 반사율이 약 3%가량 큰 것으로 나타났다. 이는 반사방지막의 증착 불균일성에 기인하는 문제로 생각된다. 또한, refractive index의 차이에 의해 substrate에 따른 최적화 반사율을 얻는 조건이 달라짐을 실험을 통해 확인할 수 있었다. Glass의 경우는 MgF2가 silicon과 GaAs의 경우에는 ZrO2 나 HfO2가 낮은 반사율을 보였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.08a
• /
• pp.315.1-315.1
• /
• 2013

표면 조직화의 목적은 태양전지 표면에서의 입사되는 빛의 반사율을 감소 시키고, 웨이퍼 내에서 빛의 통과 길이를 길게 하며, 흡수되는 빛의 양을 증가시키는 것이다. 본 연구에는 습식, 건식 표면조직화 방법에 따른 표면 형상과 표면 반사도를 분석 하였으며, 셀을 제작하여 전기적 특성과 광학적 특성의 상관관계를 분석하였다. 표면 조직화 공정은 염기성 용액인 KOH를 이용한 식각 방법과 Ag를 이용한 metal-assisted 식각, 산증기를 이용한 식각, 플라즈마를 이용한 반응성 이온식각을 적용하여 제작하였다. 표면 반사율을 400~1000 nm 사이의 파장에서 측정하였으며 KOH를 이용하여 식각한 샘플이 9.11%의 표면 반사율을 가졌으며 KOH를 이용하여 식각한 표면에 추가로 metal-assisted 식각을 한 샘플이 2%로 가장 낮은 표면 반사율을 보였다. 표면 조직화 후 동일 조건으로 셀을 제작 하여 효율 측정 결과 Ag를 이용한 2단계 metal-assisted chemical 식각이 15.83%의 가장 낮은 광변환 효율을 보였으며 RIE를 이용한 2단계 반응성 이온 식각공정이 17.78%로 가장 높은 광변환 효율을 보였다. 이 결과는 반사도 결과와 일치 하지 않았다. 표면 조직화 모양에 따른 셀 효율의 변화는 도핑 프로파일과 표면 재결합 속도의 변화 때문이라 생각되며 더 명확한 분석을 위해 양자 효율을 측정하여 분석을 시도하였다. 측정 결과 단파장 대역에서 낮은 응답특성을 가지는 것을 확인 할 수 있었는데 그 이유는 낮은 반사도를 가지는 표면조직화 공정의 경우 나노사이즈의 구조를 갖기 때문에 균일한 도핑 프로파일을 얻지 못해 전자 정공의 분리가 제대로 이루어지지 못하였고 표면 재결합 속도증가의 원인으로 단락전류와 개방전압이 낮아져 효율이 떨어진 것으로 판단된다. 실험 결과 도핑 프로파일의 균일성은 셀 효율 개선을 위해 낮은 표면 반사율 만큼 중요하다는 점을 알게되었다. 낮은 반사율을 갖는 표면조직화 공정도 중요하지만 표면에 따른 균일한 도핑 프로파일을 갖는 공정을 개발한다면 단파장 응답도가 향상되어 단락전류밀도의 상승효과를 얻을 수 있을 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.316-316
• /
• 2013

실리콘(Si)은 이미지 센서, 포토검출기, 태양전지등 반도체 광전소자 분야에서 널리 사용되고 있는 대표적인 물질이다. 이러한 소자들은 광추출 또는 광흡수 효율을 향상시키는 것이 매우 중요하다. 그러나 Si의 높은 굴절율은 표면에서 30% 이상의 반사율을 발생시켜 소자의 성능을 저하시킨다. 따라서, 표면에서의 광학적 손실을 줄이기 위한 효과적인 무반사 코팅이 필요하다. 최근, 우수한 내구성과 광대역 파장 및 다방향성에서 무반사 특성을 보이는 서브파장 주기를 갖는 나노격자(subwavelength grating, SWG) 구조의 형성 및 제작에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 구조는 경사 굴절율 분포를 가지는 유효 매질을 형성시킴으로써 Fresnel 반사율을 감소시킬 수 있어 반도체 소자 표면에서의 광손실을 줄일 수 있다. 그러나, SWG나노구조는 식각에 의한 표면 결함(defects)들이 발생하게 된다. 이러한 결함은 표면에서의 재결합 손실을 발생시켜 소자의 성능을 크게 저하시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 표면 보호막 및 무반사 코팅 층을 목적으로 하는 산화막을 표면에 형성시키기도 한다. 따라서 본 실험에서는 레이저간섭리소그라피 및 건식 식각을 이용하여 Si 기판에 SWG 나노구조를 형성하였고, 제작된 샘플 표면 위에 실리콘 산화막(SiOx)을 furnace를 이용하여 형성시켰다. 제작된 샘플들의 표면 및 식각 profile은 scanning electron microscope를 사용하여 관찰하였으며, UV-vis-NIR spectrophotometer 를 사용하여 빛의 입사각에 따른 반사율을 측정하였고, 표면 접촉각 측정 장비를 이용하여 표면 wettability를 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.02a
• /
• pp.270-270
• /
• 2010

결정질 실리콘 태양전지는 표면반사에 의한 광 에너지 손실을 최소화 시키고자 식각을 통한 표면 조직화(texturing)가 이루어진다. 단결정 실리콘 웨이퍼의 경우 알칼리 용액(alkali solution)을 사용하여 이방성 식각(anisotropic etching)을 함으로써 표면에 피라미드를 형성하고 광 포획(light trapping) 효과에 의해 반사율을 줄이게 된다. 그러나 피라미드 형성을 통한 반사율 감소에는 한계를 가지고 있다. Metal assisted etching을 기반으로 한 새로운 형태의 텍스쳐링인 nano texturing은 피라미드가 이루어진 표면에 수많은 nm사이즈의 구조를 형성시킴으로써 표면에서의 반사율을 현저히 감소시킨다. 먼저 $AgNO_3$용액으로 웨이퍼 표면에 Ag입자를 코팅한 후, 그 웨이퍼를 다시 $HF/H_2O_2$ 용액으로 일정시간 동안 식각을 거치게 된다. 그로 인해 표면에는 수 nm 사이즈의 구조물들이 피라미드 위에 생성되고, $AgNO_3$의 농도 및 식각 시간에 따라 그 구조물의 크기 및 굵기가 달라진다. 결과적으로 평균 10%이상의 반사율을 보이던 기존 텍스쳐링 웨이퍼에서 3%이하의 낮은 반사율을 얻을 수 있었다. 또한 이런 nano texturing을 n-emitter 형성 공정 등에 따른 영향과 carrer lifetime에 대하여 연구하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2011.05a
• /
• pp.115.2-115.2
• /
• 2011

실리콘 박막 태양전지는 기판의 표면형상에 따라 셀 내부에서 이동하는 빛의 광학적인 경로가 크게 증가하여 변환효율의 향상을 기대할 수 있다. 금속 기판은 다양한 표면형상으로 가공이 용이하고 강도와 인성이 우수하며 가격이 저렴하여 실리콘 박막 태양전지의 기판재로 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 금속 기판의 표면형상이 반사특성에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 금속 기판재의 표면형상은 기계적 연마 방식을 응용하여 다양하게 제작하였다. 반사특성을 보기 위하여 UV-visible spectrometer를 사용하여 총 반사율과 산란 반사율을 측정하였고, 표면 형상에 따른 Fe-Ni 기판과 Ag 후면반사막의 반사 특성이 태양전지 셀 내부의 광포획의 증가에 어떠한 영향을 주는지 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.186-186
• /
• 2011

태양전지의 효율을 증가시키기 위해서는 표면에서의 Fresnel 반사를 줄여 입사된 빛이 흡수층까지 잘 도달되도록 해야 한다. 그러나 결정질 실리콘의 경우, 굴절률이 높아 32% 이상의 표면반사율을 보이고 있어, 실리콘 태양전지 표면에 단일 또는 다중 박막의 무반사 코팅을 통해 반사율을 낮추는 방법이 널리 사용 되어 오고 있었다. 하지만, 이와 같은 코팅 방법은 열적팽창 불일치, 물질 선택의 어려움뿐만 아니라 낮은 반사율을 포함하는 파장 및 빛의 입사각 영역의 제한 등 여러 문제점을 지니고 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해, 표면에 서브파장의 주기를 갖는 나노구조(subwavelength structure, SWS)의 형성에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 습식 식각보다 건식 식각을 이용한 SWS 제작 방법이 표면 profile을 제어하기 용이하나 패턴 형성을 위해 식각 마스크가 필요하다. 최근, 복잡하고 고가의 전자빔 또는 나노임프린트를 이용한 패턴 형성보다, 간단/저렴하며 대면적 제작이 용이한 금속 나노입자 마스크를 이용한 SWS의 제작에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 SWS의 무반사 특성은 표면 profile에 따라 크게 영향을 받는다. 따라서 본 실험에서는 열적 응집현상에 의해 형성되는 self-assembled Pt 나노입자 식각 마스크 및 $SiCl_4$가스를 사용한 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP) 장비를 이용하여 무반사 실리콘 SWS를 제작하였으며, SWS 표면 profile에 따른 구조적 및 무반사 특성을 조사하기 위해 다양한 공정조건을 변화시켰다. 실리콘 기판 위의 Pt 박막은 전자빔 증착(e-beaml evaporation)법을 사용하였고, 급속 열처리(RTA)를 통해 Pt 나노입자의 식각 마스크를 형성시켰다. Pt 나노입자들의 패턴 및 제작된 무반사 실리콘 SWS의 식각 profile은 scanning electron microscope를 사용하여 관찰하였으며, UV-VIR-NIR spectrophotometer를 사용하여 350~1050 nm 파장 영역에서의 반사율을 측정하였다. ICP 식각 조건을 변화시켜 5% 이하의 낮은 반사율을 갖는 높이가 높고 쐐기 형태의 실리콘 SWS를 도출하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.312.2-312.2
• /
• 2014

실리콘은 광센서, 태양전지, 발광다이오드 등 광소자 응용 분야에서 널리 사용되고 있는 물질이다. 그러나 실리콘의 높은 굴절율(n~3.5)은 표면에서 약 30% 이상의 Fresnel 반사를 발생시켜 소자의 효율을 감소시키는 원인이 된다. 따라서, 반사손실을 줄이기 위해서는 실리콘 표면에 효율적인 무반사 코팅을 필요로 한다. 기존의 단일 혹은 다중 박막을 이용한 무반사 코팅 기술은 물질간 열팽창계수의 불일치, 접착력 문제, 박막 두께 조절 및 적합한 굴절율을 갖는 물질 선택 어려움 등의 단점을 지니고 있다. 최근, 이러한 무반사 코팅 기술의 대안으로 곤충 눈 구조를 모방한 나노크기의 서브파장 격자구조 (subwavelength gratings, SWGs)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 SWGs 구조는 공기와 반도체 표면 사이에 점진적, 선형적으로 변화하는 유효굴절율을 갖기 때문에, 광대역 파장영역뿐만 아니라 다양한 각도에서 입사하는 빛에 대해서도 효과적으로 Fresnel 표면 반사를 낮출 수 있다. 본 연구에서는 실리콘 기판 표면 위에 효율적인 무반사 특성을 갖는 계층적 SWGs 나노구조를 제작하기 위해, 레이저간섭리소그라피 및 열적응집금속 입자를 이용한 식각 마스크 패터닝 방법과 유도결합플라즈마 식각 공정을 이용하였다. 제작된 무반사 실리콘 SWGs 나노구조의 표면 및 식각 프로파일은 전자주사현미경으로 관찰하였고, 표면 접촉각 측정 장비를 이용하여 샘플 표면의 젖음성을 확인하였다. 제작된 샘플의 광학적 특성을 조사하기 위해 UV-vis-NIR 스펙트로미터와 엘립소미터 측정 시스템들을 이용하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2012.08a
• /
• pp.412-412
• /
• 2012

갈륨비소(GaAs)는 수직공진표면방출레이저, 발광다이오드, 태양전지 등과 같은 광전소자에 널리 사용되는 물질이다. 그러나 높은 굴절률을 갖는 갈륨비소는 표면에서 30% 이상의 반사율을 갖기 때문에 광손실로 인해 소자의 성능이 저하된다. 따라서 표면 Fresnel 반사율을 낮출 수 있는 효율적인 반사방지막이 필요하다. 최근, 열적 불일치, 물질 선택, 접착력 저하의 단점을 가지고 있는 기존 다중박막을 대체하는 생체모방 서브파장 나노구조가 활발히 연구되고 있다. 이러한 구조는 공기(air)부터 갈륨비소까지 선형적인 유효굴절률 분포를 갖는 유효 단일박막과도 같기 때문에 소자 표면에서의 광손실을 줄일 수 있다. 더욱이, 자연계의 나방의 각막과 나비의 눈의 구조 형태를 모방한 반도체 생체모방 복합 눈(compound eye)은, 즉 마이크로 렌즈모양과 서브파장 나노격자구조의 복합적 형태, 표면에서 우수한 반사방지 특성을 나타낸다. 본 연구에서는, 포토리소그래피와 유도결합플라즈마 식각법을 이용하여 GaAs 기판 표면에 마이크로 렌즈 모양의 패턴을 형성한 후, 스핀코팅을 이용하여 나노 크기를 갖는 실리카 구를 도포하여 건식 식각함으로써 복합 눈 구조를 갖는 갈륨비소 반사방지막을 제작하였다. 제작된 샘플의 표면 및 식각 형상은 전자현미경(scanning electron microscope)을 사용하여 관찰하였으며, UV-vis-NIR spectrophotometer를 사용하여 반사율을 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.02a
• /
• pp.299-299
• /
• 2010

태양전지 셀에서 표면 반사에 의한 태양광 손실을 보다 적게 하여 흡수량 증가시킬 필요가 있다. 태양전지에서 생성된 전자 정공 수집 향상을 위해 금속 재질로 이루어진 그리드 전극을 사용한다. 이때 금속 그리드에 입사되는 태양광은 대부분 반사되어 입사광의 손실로 이어진다. 본 연구에서는 결정질 실리콘 태양전지에서 표면 그리드에 의한 광학적 손실을 반사율을 통해 확인하였고 양자효율을 측정하여 보았다. 결정질 실리콘 태양전지 표면 반사율 측정은 적분구를 사용하였고, 측정에 사용된 태양전지 샘플은 일반적인 구조의 결정질 실리콘 태양전지이다. 실험은 표면 그리드 공정 전 후의 샘플로 실험을 진행하였고, 셀의 표면 균일도에 의한 확인을 위하여 동일한 면적 비율의 입사광을 조사하여 반복 실험을 하였다. 양자효율 측정은 광학 초퍼를 통한 광원과 분광기 및 검출기를 포함하는 태양전지 특성 분석 장치를 사용하였다. 그 결과 특정 파장 대역에서 그리드의 유무에 따른 반사율의 변화와 이에 따른 양자효율의 변화를 통하여 그리드에 의한 결정질 실리콘 태양전지의 특성변화에 대해 알아보았다.