• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.315-315
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• 2010

결정질 실리콘을 포함하는 태양전지의 광전효율은 표면에 입사되는 태양광의 반사를 제외하면 흡수된 광자에 의해 생성되는 전자-정공쌍의 상대적인 비율인 내부양자효율에 의존하게 된다. 실제 생성된 전자-정공쌍은 기판재료의 결정상태와 전기광학적 물성 등에 의해 일부가 재결합되어 2차적인 광자의 생성이나 열로서 작용하고 최종적으로 전자와 정공이 완전히 분리되고 전극에 포집되어 실질적인 유효전류로 작용한다. 16% 이상의 고효율 결정질 실리콘 태양전지양산이 요구되고 있는 현실에서 광전효율 개선 위해 가장 우선적으로 고려되어야 할 변수는 입력 태양광스펙트럼에 대한 결정질 실리콘 표면반사율을 최소화하여 광흡수를 극대화하는 것이라 할 수 있다. 이의 해결을 위하여 대기와 실리콘표면 사이의 굴절률차이가 크면 클수록 태양광스펙트럼에 대한 결정질 실리콘의 광반사는 증가하기 때문에 상대적으로 낮은 굴절률의 $SiO_x$나 $SiN_x$와 같은 반사방지막을 광입력 실리콘표면에 증착하여 광반사율 저감공정을 적용하고 있다. 이와 더불어 결정질 실리콘표면을 화학적으로 혹은 플라즈마이온으로 50-100nm 직경의 바늘형 피라미드형상으로 texturing 함으로 광자들의 다중반사 등에 기인하는 광흡수율의 증가를 기대할 수 있기 때문에 태양전지효율 개선에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 이해된다. 본 실험에서도 고효율 다결정 실리콘 태양전지 양산공정에 적용 가능한 ICP-RIE기반 결정질 실리콘표면에 대한 texturing 공정기술을 연구하였다. Double Langmuir 플라즈마 진단시스템(DLP2000)을 적용하여 사용한 $SF_6$와 $O_2$ 개스유량과 챔버압력, 플라즈마 파워에 따른 이온밀도, 전자온도, 포화이온전류밀도, 플라즈마포텐셜의 공간분포를 모니터링하였고 texturing이 완료된 시료에 대하여 A1.5G 표준태양광스펙트럼의 300-1100nm 파장대역에서 반사율을 측정하여 그 변화를 관찰하였다. 본 연구에서 얻어진 결과를 간략히 정리하면 Si texturing에 가장 적합한 플라즈마파워는 100W, $SF_6/O_2$ 혼합비는 18:22, 챔버압력은 30mtorr 등이고 이에 상응하는 플라즈마의 이온밀도는 $2{\sim}3{\times}10^8\;ions/cm^3$, 전자온도는 14~15eV, 포화전류밀도는 $0.014{\sim}0.015mA/cm^2$, 플라즈마포텐셜은 38~39V 범위 등이었다. 현재까지 얻어진 최소 평균반사율은 14.2% 였으며 최적의 texturing패턴 플라즈마공정 조건은 이온에 의한 Si표면원자들의 스퍼터링과 화학반응에 의한 증착이 교차하는 플라즈마 에너지 및 밀도 상태인 것으로 해석된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.373-375
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• 2011

최근 태양전지 연구에서 저가격화를 실현하는 방법 중 하나로 폐 실리콘 웨이퍼를 재생하는 방법에 관하여 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 기존 웨이퍼 재생공정은 높은 재처리 비용과 복잡한 공정등의 많은 단점을 가지고 있다. 결정형 태양전지에서 저가격화 및 고효율은 태양전지를 제작하는데 있어 필수 요소 이다. 그 중 결정질 태양전지 고효율을 위한 여러 연구 방법 중 표면 텍스쳐링(texturing)에 관한 연구가 활발하다. 텍스쳐링은 표면반사에 의한 광 손실을 최소화 하여 효율을 증가시키기 위한 방법으로 습식 식각과 건식 식각을 사용하여 태양전지 표면 위에 요철 및 피라미드구조를 형성하여 반사율을 최소화 시킨다. 건식식각은 습식식각과 다른 환경적 오염이 적은 것과 소량의 가스만으로 표면 텍스쳐링이 가능하여 많은 연구가 진행중이다. 건식 식각 중 하나인 RIE(reactive ion etching)는 고주파를 이용하여 플라즈마의 이온과 silicon을 반응 시킨다. 실험은 RIE를 이용하여 SF6/02가스를 혼합하여 비등방성 에칭 및 피라미드 구조를 구현하였다. RIE 공정 중 SF6/02가스는 높은 식각 율을 갖으며 self-masking mechanism을 통해 표면이 검게 변화되고 반사율이 감소하게 된다. 이 과정을 통해 블랙 실리콘을 형성하게 된다. 블랙 실리콘은 반사율 10% 이하로 self-masking mechanism으로 바늘모양의 구조를 형성되는 게 특징이며 표면이 검은색으로 반사율이 낮아 효율증가로 예상되지만 실제 바늘 모양의 블랙 실리콘은 태양전지 제작에 있어 후속 공정 인 전극 형성 시 Ag Paste의 사이즈와 표면 구조를 감안할 때 태양 전지 제작 시 Series resistance를 증가로 효율 저하를 가져온다. 본 연구는 SF6/02가스를 혼합하여 기존 RIE로 형성된 바늘모양의 구조의 블랙 실리콘이 아닌 RIE 내부에 metal-mesh를 장착하여 단결정(100)실리콘 웨이퍼 표면을 텍스쳐링 하였고 SF6/02 가스 1:1 비율로 공정을 진행 하였다. metal-mesh 홀의 크기는 100um로 RIE 내부에 장착하여 공정 시간 및 Pressure를 변경하여 실험을 진행하였다. 공정 시간이 변경됨에 따라 단결정(100) 실리콘 웨이퍼 표면에 피라미드 구조의 균일한 1um 크기의 블랙 실리콘을 구현하였다. 바늘모양의 블랙 실리콘을 피라미드 구조로 구현함으로써 바늘 모양의 단점을 보완하여 태양전지 전기적 특성을 분석하여 태양전지 제작시 변환 효율을 증가시킬 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.438-438
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• 2012

결정질 실리콘 태양전지 공정 중 텍스쳐 공정은 표면에서 반사되는 반사광을 줄여 단락전류(Isc)를 증가시킨다. 표면 텍스쳐 형성 방식으로는 일반적으로 습식 식각(Wet etching) 공정과 건식 식각(Reactive ion etching:RIE) 공정이 있다. 습식 식각 공정은 식각 용액을 사용하는 공정이며 건식 식각 공정은 플라즈마를 통하여 식각하는 공정으로 습식 식각 공정의 경우 식각 용액에 의한 공정상 위험도가 높으며, 용액의 폐기물에 의한 환경오염 문제가 크다. 건식 식각공정의 경우 습식 식각과 달리 공정상 위험도가 낮으며 불규칙적인 결정방향에 영향 받지 않는 비등방성 식각이 가능하여 다결정 실리콘 태양전지의 경우 습식 식각 공정보다 반사광이 적어 단락전류가 증가하게 된다. 그리고 태양전지를 Photovoltaic module로 만들게 되면 태양전지의 효율이 떨어지는데 이것을 Cell to module loss (CTM loss)라 부르며 이는 태양전지의 발전량을 줄이는 큰 원인이 된다. CTM loss의 경우 습식 식각 공정보다 건식 식각 공정에서 더 크게 나타나며 건식 식각 공정한 PV module의 경우 CTM loss로 인해 습식 식각 공정을 통한PV module와 비슷한 효율을 내게 된다. 본 연구에서는 식각 공정의 방식에 따라 나타나는CTM loss 중 광 손실 원인을 외부양자효율(External Quantum Efficiency)과 투과율(Transmittance), 반사율(Reflectance) 등 광 특성 통하여 분석한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.430.2-430.2
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• 2016

The front transparent conductive oxide (TCO) films in thin fill solar cell should exhibit high transparency, conductivity, good surface morphology and excellent light scattering properties. The light trapping phenomenon is limited due to random surface structure of TCO films. The proper control of surface structure and uniform cauliflower TCO films may be appropriate for efficient light trapping. We report light trapping scheme of ICP-RIE glass texturing by SF6/Ar plasma for high roughness and haze ratio of ITO films. It was observed that the variation of etching time, pattern size and Ar flow ratio during ICP-RIE process were important factors to improve the diffused transmittance and haze ratio of textured glass. The ICP-RIE textured glass showed low etching rates due to the presence of metal elements like Al, B, F and Na. The ITO films deposited on textured glass substrates showed the high RMS roughness and haze ratio in the visible wavelength region. The change in surface morphology showed negligible influence on electrical and structural properties of ITO films. The ITO films with high roughness and haze ratio can be used to improve the performance of thin film solar cells.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.20 no.3
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• pp.207-212
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• 2011

In this study, pyramid structured black silicon process was developed in order to overcome disadvantages of using wet etching to texture the surface of single crystalline silicon and using grass/needle-like black silicon structure. In order to form the pyramidal black silicon structure on the silicon surface, the RIE system was modified to equip with metal-mesh on the top of head shower. The process conditions were : $SF_6/O_2$ gas flow 15/15 sccm, RF power of 200 W, pressure at 50 mTorr ~ 200 mTorr, and temperature at $5^{\circ}C$. The pressure did not affect the pyramid structure significantly. Increasing processing time increased the size of the pyramid, however, the size remained constant at 1 ${\mu}M$ ~ 2 ${\mu}M$ between 15 minutes ~ 20 minutes of processing. Pyramid structure of 1 ${\mu}M$ in size showed to have the lowest reflectivity of 7 % ~ 10 %. Also, the pyramid structure black silicon is more appropriate than the grass/needle-like black silicon when creating solar cells.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.24 no.4
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• pp.264-269
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• 2015

An infrared (IR) bolometer measures the change of resistance by absorbing incident IR radiation and generates a signal as a function of the radiation intensity. Since a bolometer requires temperature stabilization and light filtering except for the infrared rays, it is essential for the device to be packaged meeting conditions that above mentioned. Minimization of heat loss is needed in order to stabilize temperature of bolometer. Heat loss by conduction or convection requires a medium, so the heat loss will be minimized if the medium is a vacuum. Therefore, vacuum packaging for bolometer is necessary. Another important element in bolometer packaging is germanium (Ge) window, which transmits IR radiation to heat the bolometer. To ensure a complete transmittance of IR light, anti-reflection (AR) coatings are deposited on both sides of the window. Although the transmittance of Ge window is high for IR rays, it is difficult to use frequently in low-price IR bolometer because of its high price. In this paper, we fabricated IR window by utilizing silicon (Si) substrate instead of Ge in order to reduce the cost of bolometer packaging. To enhance the IR transmittance through Si substrate, it is textured using Reactive Ion Etching (RIE). The texturing process of Si substrate is performed along with the change of experimental conditions such as gas ratio, pressure, etching time and RF power.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.315.1-315.1
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• 2013

표면 조직화의 목적은 태양전지 표면에서의 입사되는 빛의 반사율을 감소 시키고, 웨이퍼 내에서 빛의 통과 길이를 길게 하며, 흡수되는 빛의 양을 증가시키는 것이다. 본 연구에는 습식, 건식 표면조직화 방법에 따른 표면 형상과 표면 반사도를 분석 하였으며, 셀을 제작하여 전기적 특성과 광학적 특성의 상관관계를 분석하였다. 표면 조직화 공정은 염기성 용액인 KOH를 이용한 식각 방법과 Ag를 이용한 metal-assisted 식각, 산증기를 이용한 식각, 플라즈마를 이용한 반응성 이온식각을 적용하여 제작하였다. 표면 반사율을 400~1000 nm 사이의 파장에서 측정하였으며 KOH를 이용하여 식각한 샘플이 9.11%의 표면 반사율을 가졌으며 KOH를 이용하여 식각한 표면에 추가로 metal-assisted 식각을 한 샘플이 2%로 가장 낮은 표면 반사율을 보였다. 표면 조직화 후 동일 조건으로 셀을 제작 하여 효율 측정 결과 Ag를 이용한 2단계 metal-assisted chemical 식각이 15.83%의 가장 낮은 광변환 효율을 보였으며 RIE를 이용한 2단계 반응성 이온 식각공정이 17.78%로 가장 높은 광변환 효율을 보였다. 이 결과는 반사도 결과와 일치 하지 않았다. 표면 조직화 모양에 따른 셀 효율의 변화는 도핑 프로파일과 표면 재결합 속도의 변화 때문이라 생각되며 더 명확한 분석을 위해 양자 효율을 측정하여 분석을 시도하였다. 측정 결과 단파장 대역에서 낮은 응답특성을 가지는 것을 확인 할 수 있었는데 그 이유는 낮은 반사도를 가지는 표면조직화 공정의 경우 나노사이즈의 구조를 갖기 때문에 균일한 도핑 프로파일을 얻지 못해 전자 정공의 분리가 제대로 이루어지지 못하였고 표면 재결합 속도증가의 원인으로 단락전류와 개방전압이 낮아져 효율이 떨어진 것으로 판단된다. 실험 결과 도핑 프로파일의 균일성은 셀 효율 개선을 위해 낮은 표면 반사율 만큼 중요하다는 점을 알게되었다. 낮은 반사율을 갖는 표면조직화 공정도 중요하지만 표면에 따른 균일한 도핑 프로파일을 갖는 공정을 개발한다면 단파장 응답도가 향상되어 단락전류밀도의 상승효과를 얻을 수 있을 것이라 판단된다.