Rapid thermal processing (RTP) abruptly decreases the time required to perform solar cell processes. RTP were used to form emitter of crystalline silicon solar cells. The emitter sheet resistance is studied as a function of time and temperature. The objective of this study is reduction of doping process time with same performance. Emitter difRapid thermal dfusion was carried out by using a spin on doping and a RTP. iffusion was performed in the temperature range of $700{\sim}750^{\circ}C$ for 1m 30s~15 m. Thermal budgets yielded a $50{\Omega}/sq$ emitter using a P509 source. To reduce process time and get high efficiency, rapid thermal diffusion by IR lamp was employed in air atmosphere at $700^{\circ}C$ for 15 m.
Furnace and laser is currently the most important doping process. However furnace is typically difficult appling for selective emitters. Laser requires an expensive equipment and induces a structural damage due to high temperature using laser. This study has developed a new atmospheric pressure plasma source and research atmospheric pressure plasma doping. Atmospheric pressure plasma source injected Ar gas is applied a low frequency (a few 10 kHz) and discharged the plasma. We used P type silicon wafers of solar cell. We set the doping parameter that plasma treatment time was 6s and 30s, and the current of making the plasma is 70 mA and 120 mA. As result of experiment, prolonged plasma process time and highly plasma current occur deeper doping depth and improve sheet resistance. We investigated doping profile of phosphorus paste by SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) and obtained the sheet resistance using generally formula. Additionally, grasped the wafer surface image with SEM (Scanning Electron Microscopy) to investigate surface damage of doped wafer. Therefore we confirm the possibility making the selective emitter of solar cell applied atmospheric pressure plasma doping with phosphorus paste.
A 4${\times}10^{19}cm^{3}$ carbon-doped base AlGaAs/GaAs HBY was grown using carbontetracholoride(CCl$_4$) by atmospheric pressure MOCVD. Abruptness of emitter-base junction was characterized by SIMS(secondary ion mass spectorscopy) and the doping concentration of base layer was confirmed by DXRD(double crystal X-ray diffractometry). Mesa-type HBTs were fabricated using wet etching and lift-off technique. The base sheet resistance of R$_{sheet}$=550${\Omega}$/square was measured using TLM(transmission line model) method. The fabricated transistor achieved a collector-base junction breakdown voltage of BV$_{CBO}$=25V and a critical collector current density of J$_{O}$=40kA/cm$^2$ at V$_{CE}$=2V. The 50$\times$100$\mu$$^2$ emitter transistor showed a common emitter DC current gain of h$_{FE}$=30 at a collector current density of JS1CT=5kA/cm$^2$ and a base current ideality factor of ηS1EBT=1.4. The high frequency characterization of 5$\times$50$\mu$m$^2$ emitter transistor was carried out by on-wafer S-parameter measurement at 0.1~18.1GHz. Current gain cutoff frequency of f$_{T}$=27GHz and maximum oscillation frequency of f$_{max}$=16GHz were obtained from the measured Sparameter and device parameters of small-signal lumped-element equivalent network were extracted using Libra software. The fabricated HBT was proved to be useful to high speed and power spplications.
Wafer thickness of crystalline silicon is an important factor which decides a price of solar cell. PC1D was used to fix a condition that is required to get a high efficiency in a crystalline silicon solar cell using thin wafer($150{\mu}m$). In this simulation, base resistivity and emitter doping concentration were used as variables. As a result of the simulation, $V_{oc}$=0.6338(V), $I_{sc}$=5.565(A), $P_{max}$=2.674(W), FF=0.76 and efficiency 17.516(%) were obtained when emitter doping concentration is $5{\times}10^{20}cm^{-3}$, depth factor is 0.04 and sheet resistance is $79.76{\Omega}/square$.
This paper presents a Technology-CAD (TCAD) simulation of the characteristics of crystalline Si pillar array solar cells. The junction depth and the surface concentration of the solar cells were optimized to obtain the targeted sheet resistance of the emitter region. The diffusion model was determined by calibrating the emitter doping profile of the microscale silicon pillars. The dimension parameters determining the pillar shape, such as width, height, and spacing were varied within a simulation window from ${\sim}2{\mu}m$ to $5{\mu}m$. The simulation showed that increasing pillar width (or diameter) and spacing resulted in the decrease of current density due to surface area loss, light trapping loss, and high reflectance. Although increasing pillar height might improve the chances of light trapping, the recombination loss due to the increase in the carrier's transfer length canceled out the positive effect to the photo-generation component of the current. The silicon pillars were experimentally formed by photoresist patterning and electroless etching. The laboratory results of a fabricated Si pillar solar cell showed the efficiency and the fill factor to be close to the simulation results.
Numerical simulation is a good way to predict the conversion efficiency of solar cells without a direct experimentation and to achieve low cost and high efficiency through optimizing each step of solar cell fabrication. TOPCon industrial solar cells fabricated with n-type silicon wafers on a larger area have achieved a higher efficiency than p-type TOPCon solar cells. Electrical and optical losses of the front surface are the main factors limiting the efficiency of the solar cell. In this work, an optimization of boron-doped emitter surface and front electrodes through numerical simulation using "Griddler" is reported. Through the analysis of the results of simulation, it was confirmed that the emitter sheet resistance of 150 Ω/sq along the front electrodes having a finger width of 20 ㎛, and the number of finger lines ~130 for silicon wafer of M6 size is an optimized technology for the front emitter surface of the n-type TOPCon solar cells that can be developed.
This paper shows that you can achieve high quality N+ emitter layers using a screen printable phosphorous diffusion paste and firing in an infrared belt furnace. Spreading resistance measurement from a beveled sample is used to measure carrier concentration as a function of depth for different phosphorous concentrations. Contours of estimated sheet resistance are shown for different processing conditions. This paper describes newly developed low cost phosphorous pastes. It shows the characterization of the newly developed phosphorous paste (DP99-038). This low cost pastes can easily be printed and make 16% efficiency.
Kim, Seongtak;Park, Sungeun;Kim, Young Do;Kim, Hyunho;Bae, Soohyun;Park, Hyomin;Lee, Hae-Seok;Kim, Donghwan
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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pp.490.2-490.2
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2014
Since the general solar cells accept sun light at the front side, excluding the electrode area, electrons move from the emitter to the front electrode and start to collect at the grid edge. Thus the edge of gridline can be important for electrical properties of screen-printed silicon solar cells. In this study, the improvement of electrical properties in screen-printed crystalline silicon solar cells by contact treatment of grid edge was investigated. The samples with $60{\Omega}/{\square}$ and $70{\Omega}/{\square}$ emitter were prepared. After front side of samples was deposited by SiNx commercial Ag paste and Al paste were printed at front side and rear side respectively. Each sample was co-fired between $670^{\circ}C$ and $780^{\circ}C$ in the rapid thermal processing (RTP). After the firing process, the cells were dipped in 2.5% hydrofluoric acid (HF) at room temperature for various times under 60 seconds and then rinsed in deionized water. (This is called "contact treatment") After dipping in HF for a certain period, the samples from each firing condition were compared by measurement. Cell performances were measured by Suns-Voc, solar simulator, the transfer length method and a field emission scanning electron microscope. According to HF treatment, once the thin glass layer at the grid edge was etched, the current transport was changed from tunneling via Ag colloids in the glass layer to direct transport via Ag colloids between the Ag bulk and the emitter. Thus, the transfer length as well as the specific contact resistance decreased. For more details a model of the current path was proposed to explain the effect of HF treatment at the edge of the Ag grid. It is expected that HF treatment may help to improve the contact of high sheet-resistance emitter as well as the contact of a high specific contact resistance.
태양전지 제조공정에서 열처리로 레이저를 사용하는 도핑공정은 태양전지의 성능을 결정짓는 중요한 요소이다. 그러나 퍼니스를 이용하는 공정에서는 선택적으로 고농도(Heavy) 도핑영역을 형성하기가 어렵다. 레이저를 사용한 선택적 도핑의 경우 고가의 레이저 장비가 요구되어지며, 레이저 도핑 후 고온의 에너지로 인한 웨이퍼의 구조적 손상 문제가 발생된다. 본 연구는 저가이면서 코로나 방전 구조의 대기압 플라즈마 소스를 제작하였고, 이를 통한 선택적 도핑에 관한 연구를 하였다. 대기압 플라즈마 제트는 Ar 가스를 주입하여 수십 kHz 주파수를 인가하여 플라즈마를 발생시키는 구조로 제작하였다. P-type 웨이퍼(Cz)에 인(P)이 shallow 도핑 된(120 Ohm/square) PSG (Phosphorus Silicate Glass)가 제거되지 않은 웨이퍼를 사용하였다. 대기압 플라즈마 도핑 공정 처리시간은 15 s와 30 s이며, 플라즈마 전류는 40 mA와 70 mA로 처리하였다. 웨이퍼의 도핑프로파일은 SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy)측정을 통하여 분석하였으며, 도핑프로파일로 전기적 특성인 면저항(sheet resistance)을 파악하였다. 도펀트로 사용된 PSG에 대기압 플라즈마 제트로 도핑공정을 처리한 결과 전류와 플라즈마 처리시간이 증가됨에 따라 도핑깊이가 깊어지고, 면저항이 향상하였다. 대기압 플라즈마 도핑 후 웨이퍼의 표면구조 손상파악을 위한 SEM (Scanning Electron Microscopy) 측정결과 도핑 전과 후 웨이퍼의 표면구조는 차이가 없음을 확인하였으며, 대기압 플라즈마 도핑 폭도 전류와 플라즈마 처리시간이 증가됨에 따라 증가하였다.
결정질 실리콘 웨이퍼의 도핑농도와 도핑깊이, 비저항은 태양전지의 효율을 결정하는데 매우 중요한 요소이다. 높은 효율을 갖는 태양전지의 설계를 위해 PC1D를 이용해 태양전지의 에미터 도핑농도와 깊이, 베이스 비저항을 조절하였다. 최적화 결과 emitter peak doping $1\times10^{19}cm^{-3}$와 depth factor $1{\mu}m$, base $\rho$$ 0.1\Omega$-cm, 즉 sheet resistance $69.15\Omega$/square와 $X_j$$1.603{\mu}m$일 때 $I_{sc}$ = 5.478(A), $V_{oc}$ = 0.7013(V), $P_{max}$ = 2.828(W), FF = 73.61(%), Efficiency = 19.03(%)의 고효율을 얻을 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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