• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.122.2-122.2
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• 2011

결정질 태양전지 제작에서, passavtion은 표면의 반사도를 줄여주는 반사 방지막의 역할과 표면의 dangling bond를 감소시켜, 표면 재결합 속도를 줄이고 minority carrier lifetime을 증가하는 데 큰 영향을 미친다. 그렇기 때문에 저가형 고효율 태양전지 제작에서 우수한 특성을 가지는 passivation막은 매우 중요한 이슈이다. 본 연구에서는 LBC(local back contact) 구조를 가지는 단결정 태양전지 후면에, 기존의 Full Al-BSF의 passivation 막을 SiNx와 ONO passivation 막으로 각각 대체하여, LBC 구조에서 더 적합한 passivation 막을 찾고자 하였다. SiNx와 ONO passivation 막은 단결정 LBC 구조 태양전지 후면에 각각 형성되었고 $800^{\circ}C$, 20 sec 조건으로 소성되었다. 실험결과는 minority carrier lifetime과 surface recombination velocity로 관찰하였다. 그 결과, SiNx passivation 막의 표면 재결합 속도는 29.7cm/s이고, ONO passivation 막의 표면 재결합 속도는 24.5cm/s로, Full Al-BSF 표면 재결합 속도 750cm/s에 비해 더 적합한 passivation 막으로 확인할 수 있었다. 결과적으로 SiNx,ONO passivation 막이 Full Al-BSF보다 전극에 수집되는 캐리어의 양이 많아짐에 따라 효율향상을 가져올 수 있을 것이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.50.1-50.1
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• 2010

결정질 실리콘 태양전지의 원가에서 Wafer는 60~70%의 매우 높은 비중을 차지하고 있다. 많은 연구들이 원가 절감을 위하여 Wafer의 두께를 감소시키는 것에 집중하고 있다. 그러나 Wafer 두께의 감소는 태양전지의 효율 감소와 공정 진행 중에 파손율이 상승하는 등의 문제가 발생한다. 이에 본 논문에서는 결정질 태양전지 구조 중에서 24.7% 이상의 최고 변환 효율을 갖는 PERL(Passivated Emitter, Rear Locally diffuse) 구조를 대상으로 wafer 두께 감소에 따른 변환 효율 감소의 원인과 해결 방안을 제시하고자 한다. Simulation으로 확인한 결과 370 um 두께의 wafer에서 24.2 %의 효율은 50 um 두께의 wafer에서는 20.8 %로 감소함을 확인할 수 있었다. 얇아진 wafer에서 감소한 효율을 개선하기 위하여 후면 recombination velocity, 후면 fixed charge density, 후면 산화막 두께 등을 다양화하여, 각각의 경우에 대한 cell의 효율 변화를 살펴보았다. 그 결과 후면 recombination velocity, 후면 fixed charge density, 후면 산화막 두께를 최적화 하여, 각각 2.8 %p, 1.5 %p, 2.8 %p의 효율 개선 효과를 얻었다. 위 세 가지 효과를 동시에 적용하면 50 um wafer에서 370 um wafer 효율의 결과와 근접한 24.2 %의 효율을 얻을 수 있었다. 향후에는 위의 결과를 바탕으로 실제 실험을 통하여 확인할 계획이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.308-308
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• 2012

현재 결정질 태양전지 제작에 있어 공정 단가 및 재료비 절감을 위해 실리콘 웨이퍼의 두께가 점점 얇아지는 추세이며, 이에 따른 장파장 영역 흡수 손실을 감소시키기 위한 방안으로 후면 패시베이션에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 후면 패시베이션층으로는 SiO2, SiNx, a-Si:H, SiOxNy 등의 물질이 사용되고 있으며, 본 연구에서는 SiO2/SiNx/SiO2 (ONO)의 삼중막 구조를 패시베이션층으로 하여 SiNx 단일막 구조와의 열처리 온도에 따른 소수캐리어 수명(${\tau}eff$), 후면 재결합속도(Seff), 확산거리(LD) 등의 파라미터 변화를 비교하였다. 증착 직후와 $350^{\circ}C$에서의 Forming Gas Annealing (FGA), 그리고 $800^{\circ}C$의 고온에서의 fast firing 후의 각각의 파라미터 변화를 관찰하였다. 증착 직후 SiNx 단일막과 ONO 삼중막의 소수캐리어 수명은 각각 $108{\mu}s$와 $145{\mu}s$를 보였다. 후면 재결합속도는 65 cm/s와 44 cm/s를 보였으며, 확산거리는 각각 $560{\mu}m$와 $640{\mu}m$를 나타내었다. FGA와 firing 열처리 후 세 파마미터는 모두 향상된 값을 보였으며 최종 firing 처리 후 단일막과 삼중막의 소수캐리어 수명은 각각 $196{\mu}s$와 $212{\mu}s$를 보였다. 또한 후면 재결합속도는 28 cm/s와 24 cm/s를 보였으며, 확산거리는 각각 $750{\mu}m$와 $780{\mu}m$를 보여 ONO 삼중막 구조의 경우에서 보다 우수한 특성을 보였다. 본 실험을 통해 SiNx 단일막보다 ONO 패시베이션 구조에서의 열적안정성이 우수함을 확인하였으며, 또한 ONO 패시베이션 구조는 열적 안정성뿐 아니라 n-type 도핑을 위한 Back To Back (BTB) 도핑 공정 시 후면으로 의 도펀트 침투를 막는 차단 층으로서의 역할도 기대할 수 있다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.54.2-54.2
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• 2009

결정질 실리콘 태양전지의 알루미늄 후면전극이 패시베이션층의 공극을 통하여 확산됨으로써 국부 후면전계(local back surface field)가 형성되는 후면 점접촉 구조를 제조하였으며, 이에 대한 공정조건 및 특성을 연구하였다. 후면 패시베이션층은 실리콘 기판과 금속전극사이에 삽입됨으로써 표면 재결합속도를 낮추고, 후면 반사도를 높여 광흡수 경로를 증가시킬 수 있다. 고가의 사진식각기술 대신에 저가의 단순한 공정인 레이저 식각기술을 사용하여 후면 패시베이션층에 균일하고 잘 정렬된 공극 패턴을 형성할 수 있었다. 레이저 식각 조건 및 소성조건에 따른 Al 확산 국부 후면전계의 단면 형상을 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 관찰하였으며 이에 대한 전기적, 광학적 특성 변화를 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2011.05a
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• pp.702-705
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• 2011

Poly-Si wafers with resistivity of 1 [${\Omega}$-cm[ and thickness of 50 [${\mu}m$] were used as a starting material. Various efficiency influencing parameters such as rear surface recombination velocity and minority carrier diffusion length in the base region, front surface recombination velocity, junction depth and doping concentration in the Emitter layer, BSF thickness and doping concentration were investigated. Optimized cell parameters were given as rear surface recombination of 1000 [cm/sec], minority carrier diffusion length in the base region 50 [${\mu}m$], front surface recombination velocity 100 [cm/sec], sheet resistivity of emitter layer 100 [${\Omega}/{\Box}$], BSF thickness 0.5 [${\mu}m$], doping concentration $5{\times}10^{19}\;cm^{-3}$. Among the investigated variables, we learn that a diffusion length of base layer acts as a key factor to achieve conversion efficiency higher than 19.8 %. Further details of simulation parameters and their effects to cell characteristics are discussed in this paper.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.91-91
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• 2009

태양전지의 전극소성 시 알루미늄 후면 전극이 실리콘으로 확산되어 후면전계(Back Surface Field)를 형성한다. 후면 패시베이션층은 후면반사율을 높여 내부광흡수경로를 늘리고 후면재결합속도를 감소시킨다. 본 논문은 후면 패시베이션층이 알루미늄 후면전계 형성에 미치는 영향 및 온도에 따른 변화를 관찰하였다. 절삭손상(Saw damage)이 제거된 실리콘 기판의 후면에 패시베이션층이 없는 것과 후면 패시베이션층으로 사용되는 실리콘 산화막을 형성시킨 시편을 제작하였다. 알루미늄 후면전극을 스크린 인쇄 후 소성온도를 달리하여 실리콘과 알루미늄과의 반응을 비교하였다. 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 시편의 단면사진으로부터 소성온도에 따른 실리콘과 알루미늄간의 반응 여부를 관찰하였고, 열분석을 통해 반응 온도를 조사하였다. 패시베이션층이 없는 경우에는 약 $600^{\circ}C$부터 실리콘과 알루미늄간의 반응이 시작되었고, 패시베이션층이 있는 경우에는 약 $700^{\circ}C$부터 반응이 시작되는 결과를 얻었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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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.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.5 no.4
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• pp.408-413
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• 1995

We investigated the effect of mechanical backside damage upon minority carrier recombination lifetime measurement in Czochralski silicon substrate by laser excitation/microwave reflection photoconductance decay method. The intensity of mechanical damage was evaluated by X-ray double crystal rocking curve, X-ray section topography and wet oxidation/preferential etch methods. The data indicate that the higher the mechanical damage intensity, the lower the minority carrier lifetime, and the threshold full width at half maximum value which affect minority carrier lifetime measurement is about 13 secs.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.56.2-56.2
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• 2010

국부적 후면 전극(LBC)형성은 결정질 실리콘 태양전지에서 고효율과 저가화를 동시에 달성할 수 있는 기술이다. 후면 표면 passivation과 국부적 후면 전극 형성을 통해서 후면 재결합 속도를 낮출 수 있고 이를 통해 효율향상을 기대해볼 수 있다. 본 연구에서는 PECVD를 이용한 LBC(local back contact) cell의 후면 passivation 박막을 형성하였고 접합면적에 따른 전기적 특성을 분석해 보았다. LBC cell을 위한 후면 passivation 박막은 PECVD를 이용한 ONO박막을 사용하였고, 후면 opening 형성에 etching paste를 이용하였다. Opening size는 0.4mm,0.5mm,0.7mm로 형성하여 cell을 제작하고 효율을 분석하였다. 실험결과 opening size가 0.4mm일때 전극의 접촉면적이 15.96%, 0.5mm일때 10.22%, 0.7mm일때 5.17%로 형성됨을 확인할 수 있었다. Opening size가 0.4mm일 때 cell의 효율이 가장 우수함을 IQE 및 LIV 결과를 통해 확인 할 수 있었다. 결과적으로 접촉면적이 증가함에 따라 전극에서 수집되는 carrier의 양이 증가하고 셀 효율역시 향상됨을 확인 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.402-402
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• 2011

본 연구에서는 결정질 태양전지 제작에 있어 재료비 절감과 기존의 Screen Printing 공정 기술에서의 단점을 보완하기 위한 방안으로 후면 passivation 구조와 레이저를 이용한 국부적 후면 전극 형성(Laser Fired Contact) 방법에 대한 실험을 진행하였다. 후면 passivation 층으로 SiO2/ SiNx/SiO2 삼중막 구조와 SiNx 단일막 구조를 형성시킨 후 anneal 온도에 따른 소수캐리어의 lifetime 변화를 비교하였다. LFC 형성은 2 ${\mu}m$ 두께의 Al이 증착된 기판 후면에 1,064 nm 파장의 레이저를 통해 diameter와 dot pitch 등의 파라미터를 가변 하여 실시하였다. 실험 결과 800$^{\circ}C$의 고온 열처리 후 ONO 삼중막에서의 lifetime 향상이 우세하여 SiNx 단일 막 보다 열적 안정성이 우수함을 확인하였다. LFC 결과 diameter가 40, 50, 60 ${\mu}m$로 가변된 조건에서는 40 ${\mu}m$ 일 경우와 dot pitch가 200, 500, 1,000 ${\mu}m$로 가변된 조건에서는 1,000 ${\mu}m$일 경우 610 mV의 Voc 값을 보였다. 이는 레이저를 통해 국부적으로 Al-Si 간 alloy를 형성시킴으로써 접촉 면적이 최소화됨에 따라 후면에서의 캐리어의 재결합속도를 감소시키고, passivation 효과를 극대화시키기 때문이다.