• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.41.2-41.2
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• 2010

최근 태양전지 제조비용 절감을 위해 초박형 실리콘 태양전지 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이에 따라 후면전계(Back Surface Field, BSF) 특성에 대한 관심이 높아지는 추세이다. 이에 본 연구에서는 후면의 결정방향 및 표면구조에 따라 형성되는 후면전계(BSF)의 특성에 대해 알아보고자 하였다. 후면이 절삭손상층 식각(Saw damage etching) 후 (100)면이 드러난 실리콘 기판과 텍스쳐링(Texturing) 후 (111)면이 드러난 실리콘 기판에 후면 전극을 스크린 인쇄 후 Ramp up rate을 달리 하여 소성 공정(RTP system)을 통해 후면전계(BSF)를 형성하여 비교하였다. 후면전계(BSF)의 형상과 특성만을 평가하기 위하여 염산을 이용하여 후면 전극층을 제거하였다. 후면 전극 제거 후 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy)과 3차원 미세형상측정기(Non-contacting optical profiler)로 후면전계(BSF)의 형상을 비교하였다. 또한 후면전계(BSF)의 특성을 평가하고자 Quasi-Steady-State Photo Conductance(QSSPC)를 사용하여 포화전류(Saturation current, $J_0$)을 측정하였고, 면저항 측정기(4-point probe)로 면저항을 측정하여 비교하였다. 후면 전계(BSF)는 (100)면과 (111)면에서 모두 Ramp up rate이 빠를수록 향상된 특성을 보였고, (111)면에서 더 큰 차이를 보였다.

• 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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.121.1-121.1
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• 2011

현재 상용화되고 있는 단결정 실리콘 태양전지는 알루미늄 페이스트를 이용하여 후면의 전 영역에 전계를 형성한다. 최근에는 고효율을 얻기 위하여 후면에 패시베이션 효과와 장파장에 대한 반사도를 증가 시키는 SiNx막을 증착 후, 국부적으로 전계를 형성하는 국부 후면 전극(Local back surface field)기술이 연구되고 있다. 본 연구에서는 전면만 텍스쳐 된 단결정 실리콘 웨이퍼를 이용하였다. Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition(PECVD)를 이용하여 전,후면에 SiNx를 증착 하였고 후면의 국부적인 전극 패턴 형성을 위하여 SiNx 식각용 페이스트를 사용한 스크린 프린팅 기술을 이용하였다. 스크린 프린팅을 이용하여 패턴이 형성된 후면에 알루미늄을 인쇄 한 후 Rapid Thermal Process(RTP)를 이용하여 소성 공정 조건을 변화시켰다. 소성 조건 동안 형성되는 후면 전계층은 peak 온도와 승온속도, 냉각 속도에 따라 형상이나 특성이 변화하기 때문에 소성 조건을 변화시키며 국부적 후면 전계 형성의 최적화에 관한 연구를 수행하였다. 패이스트를 이용하여 SiNx를 식각 후 광학 현미경(Optical Microscopy)을 사용하여 SiNx의 식각 유무를 살펴보았고, RTP로 형성된 국부 전계층의 형성 두께, 주변 부분의 형상을 살피기 위해 도핑 영역을 혼합수용액으로 식각하여 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 관찰 하였다. 또한 후면의 특성을 살펴보기 위해 분광 광도계(UV/VIS/NIR Spectrophotometer)를 사용하여 후면 SiNx층의 유무에 따른 반사도를 비교, 측정 하였다.

• 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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.77.2-77.2
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• 2010

스크린 프린팅을 이용한 태양전지에서 전극소성 시 알루미늄 후면 전극이 실리콘으로 확산되어 후면전계(Back Surface Field)를 형성한다. 후면전계 형성시 알루미늄과 후면전계 사이에 알루미늄-실리콘 합금이 형성된다. 이 알루미늄-실리콘 합금은 알루미늄 후면전극의 전기전도도 및 휨현상, bead 형성 등에 영향을 끼친다. 본 논문은 알루미늄 페이스트에 첨가된 Glass frit이 알루미늄-실리콘 합금 형성에 끼치는 영향을 관찰하였다. 분산제, 유기바인더, 알루미늄을 섞어 1개의 페이스트를 만들었고, Glass frit을 1%, 2%, 3%, 4%, 5% 씩 첨가하여 총 6개의 알루미늄 페이스트를 만들었다. 절삭손상이 제거된 실리콘 기판의 후면에 알루미늄 페이스트를 스크린 프린팅하여 전극을 소성하였다. 주사전자 현미경(SEM)을 사용하여 시편의 단면사진으로부터 Glass frit 함량에 따른 알루미늄-실리콘 합금층의 변화를 관찰하였다. Glass frit이 첨가되지 않은 페이스트는 소성 후 알루미늄-실리콘 합금이 두껍게 형성되었으나, Glass frit이 첨가된 페이스트는 소성 후 알루미늄-실리콘 합금이 얇게 형성되는 결과를 얻었다. 또한 Glass frit을 첨가함에 따라 표면의 원형 모양의 무늬가 작아지면서 3%부터는 사라지는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.59.1-59.1
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• 2011

BSF 후면전계효과는 태양전지의 개방전압 증가를 결정하며 효율에 매우 중요한 요인이다. 본 연구에서는 p-type에서의 후면전계효과를 확인하기 위해 PC1D 시뮬레이션(Simulation)을 통해 p+ 영역의 표면농도와 깊이에 따른 전기적 특성을 분석 하였다. 최적효율을 찾기위해 면저항을 $30{\Omega}/{\square}$으로 고정하고 깊이와 표면 농도값을 가변하였다. 최적화 결과 표면농도값이 작아지고 깊이가 커질수록 효율이 좋아지는 경향이 나타났으며 Peak doping=$5{\times}10^{18}cm^{-3}$, Juction depth=12.52um에서 최고효율 19.14%를 얻을 수 있었다. 본 시뮬레이션을 바탕으로 실제 태양전지 제작 과정에 적용 가능하다. p-type 태양전지 제작에서 후면의 p+ 영역의 깊이를 증가시키고, 표면 농도를 낮추는 공정을 통해 효율향상을 기대 할 수 있다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.99.2-99.2
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• 2012

현재 양산 중인 대부분의 결정질 실리콘 태양전지는 p-type 실리콘 기판의 전면에 인 (phosphorus) 을 확산시켜 에미터로 사용한 스크린 프린티드 태양전지 (Screen Printed Solar Cells) 이다. 위 태양전지의 단점은 p-type 기판의 광열화현상 (Light Induced Degradation) 문제와 후면 알루미늄 금속 전극으로 인한 휨 현상 등이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해 n-type 기판의 전면에 보론 (Boron) 을 도핑하여 에미터로 사용하고, 후면 전계 (Back Surface Field) 로 인 (Phosphorus)을 도핑한 태양전지에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는, 튜브 전기로 (tube furnace) 를 이용해 n-type 실리콘 웨이퍼 전면에 보론 도핑을 하고 이와 마찬가지로 웨이퍼 후면에 인 도핑을 실시하였다. 그리고 전면과 후면의 패시베이션을 위해 얇게 산화막을 형성한 후 실리콘 질화막 (SiNx) 을 증착하였다. 에미터와 후면 전계 그리고 패시베이션 층의 특성을 평가하기 위해 QSSPC (Quasi-Steady-State PhotoConductance) 로 소수반송자 수명 (Minority Carrier Lifetime) 과 포화 전류 (Saturation current) 값을 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.208-208
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• 2012

알루미늄이 도핑된 p+후면 에미터 구조를 갖는 n-type 결정질 실리콘 태양전지를 제작하였다. 기판으로는 n-type Cz 실리콘 웨이퍼가 사용되었으며 크기, 두께 및 비저항은 각각 6"x 6", $200{\mu}m$, $3{\sim}5{\Omega}cm$이었다. 실험을 통하여 에너지 변환 효율 17.5%를 얻었다. 모든 공정은 p-type 실리콘 상용 태양전지 제작에 쓰이는 것과 동일하게 적용하였다. 또한 PC1D 시뮬레이션을 통하여 전면 전계의 두께 및 피크 농도, 기판의 소수 운송자 수명, 후면 에미터의 도핑 농도, 실리콘 기판의 두께를 변수로 하여 후면 에미터 구조의 n-type 실리콘 태양전지의 최적화 작업을 실시하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.38.2-38.2
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• 2010

We have studied mechanisms of back contact formation in Al evaporation and screen printed Al paste for Si solar cells by TEM analysis. We observed that Si diffuse into Al during heat up. The Si diffusion process made vacancies in Si wafer. The Al began to seep into the Si wafer (Al spike). During heat down, the Al spike were shrink which causes the doped region (BSF).

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.43.1-43.1
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• 2010

In the crystalline silicon solar cells, the full area aluminum_back surface field(BSF) is routinely achieved through the screen-printing of aluminum paste and rapid firing. It is widely used in the industrial solar cell because of the simple and cost-effective process to suppress the overall recombination at the back surface. However, it still has limitations such as the relatively higher recombination rate and the low-to-moderate reflectance. In addition, it is difficult to apply it to thinner substrate due to wafer bowing. In the recent years, the dielectric back-passivated cell with local back contacts has been developed and implemented to overcome its disadvantages. Although it is successful to gain a lower value of surface recombination velocity(SRV), the series resistance($R_{series}$) becomes even more important than the conventional solar cell. That is, it is a trade off relationship between the SRV and the $R_{series}$ as a function of the contact size, the contact spacing and the geometry of the opening. Therefore it is essential to find the best compromise between them for the high efficiency solar cell. We have investigated the optimal design for the local back contact by using PC1D simulation.