• 한국재료학회지
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• 제9권12호
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• pp.1155-1159
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• 1999

플라즈마 화학증착 (PECVD) 장비를 이용하여 $SnO_2$ 투명전도막이 피막된 유리기판 위에 p-SiC/i-Si/n-Si 이종접합 태양전지를 제작하였다. p-SiC 층의 증착중에 기체조성 x=$CH_4/\;(SiH_4+CH_4)$의 변화에 대한 태양전지의 광기전 특성을 관찰하였다. 기체조성(x)이 0~0.4의 범위에서 p-SiC 창층의 광학적 밴드갭의 증가로 인하여 태양전지의 효율은 증가하였으나, 그 이상의 기체조성에서는 p-SiC/i-Si 계면에서의 조성불일치가 증가하여 태양전지의 효율이 감소하였다. 이러한 계면문제는 p-SiC 층과 i-Si 계면에서의 조성불일치가 증가하여 태양전지의 효율이 감소하였다. 이러한 계면문제는 p-SiC 층과 I-Si 층 사이에 I-SiC 완충층을 삽입함으로써 크게 감소하였다. 그 결과 유효면적이 $1cm^2$인 glass/$SnO_2$/p-SiC/i-SiC/i-Si/n-Si/Ag 구조의 박막 태양전지는 100mW/$cm^2$ 조도 하에서 8.6%의 효율을 나타내었다. ($V_{oc}$=0.85V, $J_{sc}$=16.42mA/$cm^2$, FF=0.615)

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.254-255
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• 2012

Interest in nano-crystalline silicon (nc-Si) thin films has been growing because of their favorable processing conditions for certain electronic devices. In particular, there has been an increase in the use of nc-Si thin films in photovoltaics for large solar cell panels and in thin film transistors for large flat panel displays. One of the most important material properties for these device applications is the macroscopic charge-carrier mobility. Hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) or nc-Si is a basic material in thin film transistors (TFTs). However, a-Si:H based devices have low carrier mobility and bias instability due to their metastable properties. The large number of trap sites and incomplete hydrogen passivation of a-Si:H film produce limited carrier transport. The basic electrical properties, including the carrier mobility and stability, of nc-Si TFTs might be superior to those of a-Si:H thin film. However, typical nc-Si thin films tend to have mobilities similar to a-Si films, although changes in the processing conditions can enhance the mobility. In polycrystalline silicon (poly-Si) thin films, the performance of the devices is strongly influenced by the boundaries between neighboring crystalline grains. These grain boundaries limit the conductance of macroscopic regions comprised of multiple grains. In much of the work on poly-Si thin films, it was shown that the performance of TFTs was largely determined by the number and location of the grain boundaries within the channel. Hence, efforts were made to reduce the total number of grain boundaries by increasing the average grain size. However, even a small number of grain boundaries can significantly reduce the macroscopic charge carrier mobility. The nano-crystalline or polymorphous-Si development for TFT and solar cells have been employed to compensate for disadvantage inherent to a-Si and micro-crystalline silicon (${\mu}$-Si). Recently, a novel process for deposition of nano-crystralline silicon (nc-Si) thin films at room temperature was developed using neutral beam assisted chemical vapor deposition (NBaCVD) with a neutral particle beam (NPB) source, which controls the energy of incident neutral particles in the range of 1~300 eV in order to enhance the atomic activation and crystalline of thin films at room temperature. In previous our experiments, we verified favorable properties of nc-Si thin films for certain electronic devices. During the formation of the nc-Si thin films by the NBaCVD with various process conditions, NPB energy directly controlled by the reflector bias and effectively increased crystal fraction (~80%) by uniformly distributed nc grains with 3~10 nm size. The more resent work on nc-Si thin film transistors (TFT) was done. We identified the performance of nc-Si TFT active channeal layers. The dependence of the performance of nc-Si TFT on the primary process parameters is explored. Raman, FT-IR and transmission electron microscope (TEM) were used to study the microstructures and the crystalline volume fraction of nc-Si films. The electric properties were investigated on Cr/SiO2/nc-Si metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitors.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제32권4호
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• pp.281-286
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• 2019

Raman spectra of a-C:H thin films deposited with an unbalanced magnetron sputtering system showed that the G peak shifted to a higher wavenumber as the target power density increased and $I_D/I_G$ ratio increased from 0.902 to 1.012. Moreover, the transmittance of a-C:H films fabricated at 60 nm tended to decrease with increasing target power density; at 550 nm in the visible light region, the transmittance decreased from 69% to 58%. The rms surface roughness values of the a-C:H thin films decreased with increasing target power density, and varied from 1.11 nm to 0.71 nm. In order to achieve efficient light trapping, the light scattering at the rough interface must be enhanced. Consequently, the surface roughness of the thin film will decrease with the target power density. Further, the refractive index and reflectivity of the a-C:H thin films increased with increasing target power density; however, the Brewster angle decreased with the target power density. Hence, dye-sensitized solar cells using an a-C:H antireflective coating increased the CE, $V_{OC}$, and $J_{SC}$ by approximately 8.6%, 5.5%, and 4.5%, respectively.

• 분석과학
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• 제24권2호
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• pp.105-112
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• 2011

태양전지용 박막 규소나 차세대 반도체용 박막트랜지스터의 원료로 사용 가능한 하이드로폴리실란의 합성과 물성 분석에 관한 연구이다. 이러한 하이드로폴리실란을 유기 치환기가 없는 사염화규소를 사용하여 합성한 것이 가장 큰 특징이며, 일반적으로 알칼리금속을 사용한 환원법으로 유기용매에 가용성인 하이드로폴리실란을 합성하는 최적 조건을 확립하고자 하였으며 하이드로폴리실란 용액은 그 물성을 여러 가지 분석 방법을 사용하여 조사하였으며 또한 열분해 실험을 통해 무정형 또는 다결정성 규소로 전환시킬 수 있음을 확인하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 1995년도 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1019-1021
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• 1995

Light induced degradation of hydrogenated amorphous silicon(a-Si:H) are related to the number of weak dangling bonds which are thought to be responsible for the Staebler-Wronski effects, and caused the many photoelectric problems in applications of thin film transistors and solar cell, etc. In this paper, we deposited fluorinated amorphous silicon films(a-Si:H;F) with $SiH_4$ and $SiF_4$ gas mixture and investigated the effects of fluorine atoms on the evoluations of the crystallinity and improvements of light instability. We have found that micro-crystallinity produced in a-SI:H;F films and marked maximum value of 22% at the flow rate of $SiH_4:SiF_4$=2:10 sccm by UV spectrophotometer measurement, while n-Si:H film deposited with only $SiH_4$ gas showed no crystallinity. Light-induced degradation property of a-Si:H;F films is also improved which is mainly due to the etching effects of fluorine atoms on the weak Si-Si bonds and unstable hydrogen bonds. It is considered that involving fluorine atoms in a-Si:H films may contribute to the suppression of light-induced degradation and evolution of micro-crystallinity.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.63.1-63.1
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• 2010

실리콘 박막 태양전지의 효율을 향상시키기 위해 밴드갭이 다른 흡수층을 적용한 tandem형 적층 태양전지를 이용하고 있다. 일반적으로 1.7eV이상의 밴드갭이 큰 비정질 실리콘을 이용하여 단파장의 빛을 흡수하고, 상대적으로 낮은 1.1eV 정도의 밴드갭을 갖는 미세결정 실리콘 층으로 장파장을 흡수하게 된다. 이렇게 연결된 tandem형 태양전지의 효율을 극대화하기 위해서는 각 태양전지에서 발생하는 전류 밀도를 일치시키는 것이 필요하다. 이를 위해 비정질 실리콘의 두께가 증가되는 경우가 있는데 이러한 경우 비정질 실리콘의 광열화 특성(Lihgt-induced degradation)으로 안정화 효율이 감소하게 된다. 따라서 비정질 실리콘 태양전지의 전류 밀도를 향상 시켜 두께를 최소화하는 것이 매우 중요하다. Tandem형 태양전지에서 비정질 실리콘 태양전지의 전류 밀도를 향상시키기 위해 두 개의 전지사이에 광 반사층을 적용하여 태양전지를 제조하게 된다. 이러한 경우 비정질 실리콘의 전류 밀도는 증가하지만, 광 반사 층의 장파장 흡수로 인하여 하부 태양전지의 전류 밀도 감소가 더 커지게 되어 전체 발생 전류 밀도는 오히려 감소하게 된다. 본 논문에서는 비정질 실리콘의 밴드갭을 제어하여 광 흡수 파장 영역 확대로 전류 밀도를 향상시키는 연구를 진행하였다. PECVD의 RF power 조건을 제어하여 1.75eV에서 1.67eV까지 밴드갭을 변화시켰다. 이와 같은 조건의 박막을 광 흡수층으로 갖는 p-i-n 구조의 비정질 실리콘 태양전지를 제작하였다. i층의 밴드갭이 감소됨에 따라 장파장 영역의 흡수가 확대되어 전류 밀도가 증가 하였지만, Voc의 감소가 컸다. 이는 i층의 밴드갭이 좁아짐에 따라 p층과의 불연속성이 커졌기 때문이다. 이러한 악영향을 줄이기 위해 p층과 i층 사이에 buffer층을 삽입하여 태양전지를 제작하였다. 이와 같은 최적의 buffer층 삽입을 통하여 불연속성을 줄임으로써 Voc의 상승효과를 확인하였다. 본 연구의 결과로 좁은 밴드갭을 갖는 광 흡수 층을 적용하여 전류 밀도를 향상시키고, 최적화된 buffer층 삽입으로 Voc를 향상시킴으로써 고효율의 비정질 실리콘 태양전지를 제작하였다. 이를 tandem형 태양전지에 적용할 경우 초기 효율뿐만 아니라 얇은 두께에서 제조할 수 있기 때문에 광열화 특성이 향상되어 안정화 효율의 증가를 가져올 수 있다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2009년도 추계학술발표논문집
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• pp.743-746
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• 2009

최근 천연 자원의 고갈과 고유가로 인해 무한정으로 사용할 수 있는 태양에너지에 대한 관심이 증대되고 있다. 이에 따라 세계 각국의 기업들은 태양에너지를 이용하기 위한 신기술의 개발에 박차를 가하고 있는데, 그 중 태양에너지를 전기에너지로 직접 변환하는 박막형 실리콘계 태양전지에 관한 기술이 부각되고 있다. 본 논문에서는 박막형 실리콘계 태양전지 기술의 동향 조사와 전략적인 개발 계획의 수립을 위해서, 가장 큰 시장인 미국의 특허를 정량적/정성적으로 분석하여 시장 진입을 위한 전략을 수립하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2009년도 제40회 하계학술대회
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• pp.1404_1405
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• 2009

For quantitative understanding of gas discharge phenomena, we should know electron collision cross section. $GeH_4$ is used in many applications with $Si_2H_6$ gas, such as amorphous alloy, a thin film of silicon and solar cell. Therefore, we understand the electron transport characteristics and analysed the electron transport coefficients, the electron drift velocity W, the longitudinal and transverse diffusion coefficient $ND_L$ and $ND_T$, and the ionization coefficient $\alpha$/N in $GeH_4$gas over the E/N range from 0.01 to 1000 Td by two-term approximation of the Boltzmann equation.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.279.1-279.1
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• 2016

박막 트랜지스터 (thin film transistor, TFT)는 고밀도, 대면적화로 높은 전자의 이동도가 요구되면서, 비정질 실리콘 (a-Si)에서 다결정 실리콘 (poly-Si) TFT 로 연구되었다. 이에 따라 비정질 실리콘에서 결정질 실리콘으로의 상변화에 대한 결정화 연구가 활발히 진행되었다. 또한, 박막 태양전지 분야에서도 유리기판 위에 비정질 층을 증착한 후에 열처리를 통해 상변화하는 고상 결정화 (solid-phase crystallization, SPC) 기술을 적용하여, CSG (thin-film crystalline silicon on glass) 태양전지를 보고하였다. 이러한 비정질 실리콘 층의 결정화 기술을 결정질 실리콘 태양전지 에미터 형성 공정에 적용하고자 한다. 이 때, 플라즈마화학증착 (Plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 장비로 증착된 비정질 실리콘 층의 열처리를 통한 결정화 정도가 중요한 요소이다. 따라서, 비정질 실리콘 층의 결정화에 영향을 주는 인자에 대해 연구하였다. 비정질 실리콘 증착 조건(H2 가스 비율, 도펀트 유무), 실리콘 기판의 결정방향, 열처리 온도에 따른 결정화 정도를 엘립소미터(elipsometer), 투과전자현미경 (transmission electron microscope, TEM), 적외선 분광기 (Fourier Transform Infrared, FT-IR) 측정을 통하여 비교 하였다. 이를 기반으로 결정화 온도에 따른 비정질 실리콘의 결정화를 위한 활성화 에너지를 계산하였다. 비정질 실리콘 증착 조건 보다 기판의 결정방향이 결정화 정도에 크게 영향을 미치는 것으로 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.276-276
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• 2010

Localized surface plasmon resonance (LSPR) has been explored recently as a promising approach to increase energy conversion efficiency in photovoltaic devices, particularly for thin film hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) solar cells. The LSPR is frequently excited via an electromagnetic (EM) radiation in proximate metallic nanostructures and its primary con sequences are selective photon extinction and local EM enhancement which gives rise to improved photogeneration of electron-hole (e-h) pairs, and consequently increases photocurrent. In this work, high-dielectric-constant (k) $ZrO_2$ (refractive index n=2.22, dielectric constant $\varepsilon=4.93$ at the wavelength of 550 nm) is proposed as spacing layer to enhance the LSPR for application to the thin film silicon solar cells. Compared to excitation of the LSPR using $SiO_2$ (n=1.46, $\varepsilon=2.13$ at the wavelength of 546.1 nm) spacing layer with Au nanoparticles of the radius of 45nm, that using $ZrO_2$ dielectric shows the advantages of(i) ~2.5 times greater polarizability, (ii) ~3.5 times larger scattering cross-section and ~1.5 times larger absorption cross-section, (iii) 4.5% higher transmission coefficient of the same thickness and (iv) 7.8% greater transmitted electric filed intensity at the same depth. All those results are calculated by Mie theory and Fresnel equations, and simulated by finite-difference time-domain (FDTD) calculations with proper boundary conditions. Red-shifting of the LSPR wavelength using high-k $ZrO_2$ dielectric is also observed according to location of the peak and this is consistent with the other's report. Finally, our experimental results show that variation of short-circuit current density ($J_{sc}$) of the LSPR enhanced a-Si:H solar cell by using the $ZrO_2$ spacing layer is 45.4% higher than that using the $SiO_2$ spacing layer, supporting our calculation and theory.