• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.143-144
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• 2010

3-5족 화합물 반도체를 이용한 집광형 삼중 접합 태양전지는 40% 이상의 광변환 효율로 많은 주목을 받고 있다[1]. 삼중 접합 태양전지의 하부 셀은 기계적 강도가 높고 장파장을 흡수할 수 있는 Ge이 사용된다. Ge위에 성장될 III-V족 단결정막으로서 Ge과 격자상수가 일치하는 GaInP나 GaAs가 적합하고, 성장 중 V족 원소의 열확산으로 인해 Ge과 pn접합을 형성하게 된다. 이때 GaInP의 P의 경우 GaAs의 As보다 확산계수가 낮아 태양전지 변환효율향상에 유리한 얇은 접합 형성이 가능하고, 표면 에칭효과가 적기 때문에 GaInP를 단결정막으로 선택하여 p-type Ge기판 위 성장으로 단일접합 Ge구조 제작이 가능하다. 하지만 이종접합 구조 성장으로 인해 발생한 계면사이의 전위나 미세결함들이 결정막내부에 존재하게 되며 이러한 결함들은 광학소자 응용 시 비발광 센터로 작용할 뿐 아니라 소자의 누설전류를 증가시키는 원인으로 작용하여 태양전지 변환효율을 감소시키게 된다. 이에 결함감소를 통해 소자의 전기적 특성을 향상시키고자 수소 열처리나 플라즈마 공정을 통해 수소 원자를 박막내부로 확산시키고, 계면이나 박막 내 결함들과 결합시킴으로서 결함들의 비활성화를 유도하는 연구가 많이 진행되어 왔다 [2][3]. 하지만, 격자불일치를 갖는 GaInP/Ge 구조에 대한 수소 열처리 및 불순물 준위의 거동에 대한 연구는 많이 진행되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 Ga0.45In0.55P/Ge구조에 수소 열처리 공정을 적용을 통하여 단결정막 내부 및 계면에서의 결함밀도를 제어하고 이를 통해 태양 전지의 변환효율을 향상시키고자 한다. <111> 방향으로 $6^{\circ}C$기울어진 p-type Ge(100) 기판 위에 유기금속화학증착법 (MOCVD)을 통해 Si이 도핑된 200 nm의 n-type GaInP층을 성장하여 Ge과 단일접합 n-p 구조를 제작하였다. 제작된 GaInP/Ge구조를 furnace에서 250도에서 90~150분간 시간변화를 주어 수소열처리 공정을 진행하였다. 저온 photoluminescence를 통해 GaInP층의 광학적 특성 변화를 관찰한 결과, 1.872 eV에서 free-exciton peak과 1.761 eV에서 Si 도펀트 saturation에 의해 발생된 D-A (Donor to Acceptor)천이로 판단되는 peak을 검출할 수 있었다. 수소 열처리 시간이 증가함에 따라 free-exciton peak 세기 증가와 반가폭 감소를 확인하였고, D-A peak이 사라지는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과는 수소 열처리에 따른 단결정막 내부의 수소원자들이 얕은 불순물(shallow impurity) 들로 작용하는 도펀트들이나, 깊은 준위결함(deep level defect)으로 작용하는 계면근처의 전위, 미세결함들과의 결합으로 결함 비활성화를 야기해 발광세기와 결정질 향상효과를 보인 것으로 판단된다. 본 발표에서는 상술한 결과를 바탕으로 한 수소 열처리를 통한 박막 및 계면에서의 결함준위의 거동에 대한 광분석 결과가 논의될 것이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.125.1-125.1
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• 2011

빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 발전소자인 태양전지는 청정 재생 에너지원으로 최근 Si 박막 태양전지의 고 효율화를 위해 여러 기술적인 면에서 개발되어지고 있다. 현재 박막형 태양전지는 실리콘계가 주류를 이루고 있으며, 유리 혹은 유연성기판(금속 or 고분자)에 비정질 실리콘 박막을 형성시킨 태양전지와 실리콘웨이퍼의 양면에 태양전지를 형성함으로써 효율을 극대화시킨 이종접합태양전지 등이 연구되고 있다. 특히 flexible 태양전지는 hard 기판에 비해 비교적 저가인 플라스틱 필름과 금속 foil을 기판으로 이용함으로서 저가화가 용이하며, 가볍고 유연성을 갖추고 있어 휴대와 시공에 있어 매우 우수한 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 flexible 기판(stainless steel)을 이용하여 태양전지 내 반사막 층이 미치는 영향을 알아보기 위하여 AZO/Ag 이중구조 박막의 특성을 연구하였다. RF magnetron sputtering system을 이용하였으며, 상온에서 Ag/AZO 이중구조 박막을 제조하였다. stainless steel 기판 위에 Ag층을 25nm 두께로 증착하였으며 연속공정으로 AZO 박막을 100~500nm의 두께경사를 가지도록 성장시켰다. 이 때의 AZO/Ag 이중구조 박막의 표면 morphology는 AFM 분석결과 7nm~3nm의 값을 나타내었으며, AZO 박막의 두께가 증가할수록 rms 값이 감소하는 경향을 보여주었다. 본 발표에서는 flexible 기판 상에 성장된 AZO/Ag 이중구조 박막의 전기적, 광학적 특성 등에 관하여 추가적으로 토론한 후 태양전지 효율 중 흡수층 내 반사막 층이 미치는 역할을 알아보겠다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.26 no.4
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• pp.75-82
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• 2019

Flexible solar cells have attracted enormous attention in recent years due to their wide applications such as portable batteries, wearable devices, robotics, drones, and airplanes. In particular, the demands of the flexible silicon and compound semiconductor solar cells with high efficiency and high reliability keep increasing. In this study, we fabricated a flexible InGaP/GaAs double-junction solar module. Then, the effects of the wind speed and ambient temperature on the operating temperature of the solar cell were analyzed with the numerical simulation. The temperature distributions of the solar modules were analyzed for three different wind speeds of 0 m/s, 2.5 m/s, and 5 m/s, and two different ambient temperature conditions of 25℃ and 33℃. The flexibility of the flexible solar module was also evaluated with the bending tests and numerical bending simulation. When the wind speed was 0 m/s at 25 ℃, the maximum temperature of the solar cell was reached to be 149.7℃. When the wind speed was increased to 2.5 m/s, the temperature of the solar cell was reduced to 66.2℃. In case of the wind speed of 5 m/s, the temperature of the solar cell dropped sharply to 48.3℃. Ambient temperature also influenced the operating temperature of the solar cell. When the ambient temperature increased to 33℃ at 2.5 m/s, the temperature of the solar cell slightly increased to 74.2℃ indicating that the most important parameter affecting the temperature of the solar cell was heat dissipation due to wind speed. Since the maximum temperatures of the solar cell are lower than the glass transition temperatures of the materials used, the chances of thermal deformation and degradation of the module will be very low. The flexible solar module can be bent to a bending radius of 7 mm showing relatively good bending capability. Neutral plane analysis was also indicated that the flexibility of the solar module can be further improved by locating the solar cell in the neutral plane.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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• v.17 no.6
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• pp.65-71
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• 1980

The Sn O2-Si Heterojunction sola cells are Prepared by vacuum deposition of SnO2 on N- and P-type Si - wafers arts the effects of annealing on the Solar cell characteiistics are presented. The existence of optimumannealins temperature for maximum open-circuit voltage and short - circuit current of the solar cell is observed. The optimum tomperature, when low resistivity (7- 2.3 [$\Omega$.cm]) P-and N-type Si -wafers are used, is 500 [$^{\circ}C$] End 400 [$^{\circ}C$] when high resistivity[41-58 [$\Omega$.cm]) P-type Si-wafers are used.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.413-413
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• 2016

태양전지 제작 시 에미터층을 형성하는 도핑 공정의 최적화는 캐리어 수집 확률 증가와 함께 결정질 실리콘 태양전지 고효율화를 위해 매우 중요하다. 본 연구에서는 결정질 실리콘 태양전지 다이오드의 다양한 도핑 공정으로 제작된 p-n 접합에 대한 전기적 특성 분석을 진행하였다. 도핑 공정의 경우 선 증착-후 확산 공정 시간과 가스량을 변화시켜 다양한 에미터층을 제작하였다. 선 증착 시간 변화를 주는 경우 선 증착 공정을 $825^{\circ}C$로 고정한 뒤 시간을 7분에서 17분까지 변화하고 후 확산 공정을 $845^{\circ}C$, 14분으로 고정하였다. 후 확산 시간 변화를 주는 경우는 선 증착 공정을 $825^{\circ}C$, 12분으로 고정한 뒤 후 확산 공정을 $845^{\circ}C$로 고정 하고 시간을 9분에서 19분까지 변화시켰다. 선 증착 공정을 $845^{\circ}C$ 12분, 후 확산 공정을 $845^{\circ}C$, 14분으로 고정 한 뒤 선 증착 시 POCl3양을 400 ~ 1400 SCCM까지 변화시켰고, 후 확산 시 산소량을 0 ~ 1000 SCCM까지 가변한 조건에서 에미터층에 대한 특성을 분석하였다. 결과적으로 선 증착 공정 $825^{\circ}C$ 12분, 후 확산 공정 $845^{\circ}C$ 14분에서 SCR(Space Charge Region)에서 3.81의 가장 낮은 이상 계수 값을 나타내었다. 이는 p-n접합의 내부결함이 줄어들어 태양전지의 캐리어 수명이 증가됨을 보였다. 선 증착 공정 중 $POCl_3$ 주입량 800 SCCM, 후 확산 공정 중 산소량 400 SCCM에서 $15.9{\mu}s$로 가장 높은 캐리어 수명을 나타내었다. Suns-VOC 측정 결과 $POCl_3$ 주입량 800 SCCM, 산소량 400 SCCM에서 619mV로 가장 높은 개방전압을 얻을 수 있었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.37 no.9
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• pp.823-828
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• 2013

To reduce the cost per watt of photovoltaic power, it is important to reduce the cell thickness of crystalline silicon solar cells. As the thickness of the silicon layer is reduced, two distinctive thermal expansion rates between the silicon and the aluminum layer induce bowing in a solar cell. With a thinner silicon layer, the bowing distance grows exponentially. Excessive bowing could damage the silicon wafer. In this study, we tried to measure an irregularly curved silicon solar cell more accurately using a 3D image scanner. For the detailed analysis of the three-dimensional bowing shape, a least square fit was applied to the point data from the scanned image. It has been found that the bowing distance and shape distortion increase with a decrease in the thickness of the silicon layer. An Ag strip on top of the silicon layer can reduce the bowing distance.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.131-131
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• 2011

이종접합 태양전지 제작을 위해 기판의 buffer layer로 사용되는 기존의 a-Si 박막을 SiON 박막으로 대체하려는 연구가 진행 중이다. 기존의 a-Si 박막은 대면적에서 균일도를 담보하기 어렵고, 열적 안정성에 취약한 문제점이 있다. 이에 반해 SiON 박막은 일종의 화학 반응인 oxidation 방법으로 형성이 되기 때문에 막의 균일도를 담보 할 수 있고, $400^{\circ}C$이상의 온도에서 형성되기 때문에 열적 안정성이 우수한 장점이 있다. 이러한 장점에도 불구하고 기판위에 직접 형성이 되기 때문에 기판과 SiON 계면 사이의 pssivation이 무엇보다 중요하다. 본 연구에서는 비정질 실리콘 이종접합 태양전지에 적용키 위한 SiON 박막을 형성하고, 기판과 SiON 계면에서의 passivation 향상을 위한 계면 결함 감소에 대한 연구를 진행하였다. 실험을 위한 SiON 박막은 공정온도 $450^{\circ}C$, 공정압력 100 mTorr, 증착파워 120 mW/cm2에서 5분간 증착하였으며, 이때 50 sccm의 N2O 가스를 주입하였다. 증착된 박막은 2~4 nm의 두께로 증착이 되었으며, 1.46의 광학적 굴절률을 가지는 것으로 분석되었다. 계면의 결함을 줄이기 위해 PECVD를 이용한 NH3 plasma treatment를 실시하였다. 공정온도 $400^{\circ}C$, 공정압력 150mTorr~450 mTorr, 플라즈마 파워 60mW/cm2에서 30분간 진행하였으며, 50 sccm의 N2O 가스를 주입하였다. 계면의 결함이 줄었는지 확인하기 위해 C-V 측정을 위한 시료를 제작하여 분석을 하였다. 실험 결과 VFB가 NH3 plasma treatment 이후 positive 방향으로 shift 됨을 알 수 있었다. Dit 분석을 통해 공정 압력 450 mTorr에서 $4.66{\times}108$[cm2/eV]로 가장 낮은 계면 결함 밀도를 확인 할 수 있었다. 결과적으로 NH3 plasma 처리를 통해 positive charge를 갖는 N-content가 형성되었음을 예측해 볼 수 있으며, N-content가 증가하면, 조밀한 Si-N 결합을 형성하면서, boron 및 phosphorus diffusion을 막는데 효과적이다. 또한, plasma treatment 과정에서 H-content에 의한 passivation 효과를 기대할 수 있다.

• 한국태양에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.04a
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• pp.269-274
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• 2011

A solar cell is primary parts to produce electrical energy from the Sun. And, we can utilize those solar cells as a power generation system in home, factory, and so on. In order to make proper power, the solar cells are configured in series and parallel lay down. In condition of uniform illumination, the solar array will produce an enough power by photovoltaic effects from the solar cells. In case of non-uniform illumination on the solar cells, the power will be dramatically decreased compared to design. Fortunately, there were so many research outputs regarding the illumination effects on solar array. In this work, we tried to find out the non-uniform effects on unit CPV solar cell, because there were no research outputs for unit CPV solar cell considering illumination. The CPV solar cell was used in CPV system to make a power by the Sun. We chosen the triple junction solar cell of GaAsInP2Ge for simulation, which has a 30 % of conversion efficiency. By simulation, we obtained the output performance of CPV solar cells in condition of various illumination by using Hamming Window function. Its performance was degraded by 10 % to 50 % depending illumination conditions.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2009.04b
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• pp.248-250
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• 2009

고효율 태양전지를 위한 결정질 태양전지의 구조 중 UNSW에서 개발한 BCSC(buried contact solar cell)가 있는데, 이는 전면 전극을 laser 처리 후 무전해 니켈 도금으로 형성한 것이다. 이같은 전면 전극을 형성하기 위해서는 무전해 nickel 도금 후 열처리가 필수적이다. 우리는 이 공정을 확립하기 위해 결정질 wafer에 후면을 PECVD로 SiNx막을 형성하여 $30\Omega/\square$로 도핑한 후 후면을 불산으로 제거한 상태에서 양면을 니켈 무전해 도금으로 전극을 형성하여 $300^{\circ}C,\;350^{\circ}C,\;400^{\circ}C$에서 각각 3,6,9분간 진행하였다. 그 결과 $400^{\circ}C$에서 3분간 열처리된 sample이 상대적으로 가장 명확한 IV curve를 형성하였다. 이 실험의 결과는 PN 접합 구조에서 전극을 nickel로 사용할 때 유용하게 사용될 수 있다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.22 no.5
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• pp.310-316
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• 2021

Conventional satellites are generally large satellites that are multi-functional and have high performance. However, small satellites have been gradually drawing attention since the recent development of lightweight and integrated electric, electronic, and optical technologies. As the size and weight of a satellite decrease, the barrier to satellite development is becoming lower due to the cost of manufacture and cheaper launch. However, solar panels are essential for the power supply of satellites but have limitations in miniaturization and weight reduction because they require a large surface area to be efficiently exposed to sunlight. Space solar cells must be manufactured in consideration of various space environments such as spacecraft and environments with solar thermal temperatures. It is necessary to study structural materials for lightweight and high-efficiency solar cells by applying an unfolding mechanism that optimizes the surface-to-volume ratio. Currently, most products are developed and operated as solar cell panels for space applications with a triple-junction structure of InGaP/GaAs/Ge materials for high efficiency. Furthermore, multi-layered junctions have been studied for ultra-high-efficiency solar cells. Flexible thin-film solar cells and organic-inorganic hybrid solar cells are advantageous for material weight reduction and are attracting attention as next-generation solar cells for small satellites.