• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.31-31
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• 2009

PECVD를 이용하여 제조된 미세결정질 p-i-n 실리콘 박막 태양전지에서, p 층은 태양전지의 윈도우 역할 및 그 위에 증착될 i ${\mu}c-Si:H$ 층의 'seed'층 역할을 수행하기 때문에, p층의 구조적 및 전기적, 광학적 특성은 태양전지의 전체 성능에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 $SiH_4$ 농도를 변화시켜 각기 다른 결정 특성을 갖는 p ${\mu}c-Si:H$층을 제조하고 그 위에 i ${\mu}c-Si:H$ 층을 증착하여 p층의 결정 특성변화와 그에 따른 i ${\mu}c-Si:H$ 층 및 'superstrate' p-i-n 미세결정질 실리콘 박막 태양전지의 특성 변화를 조사하였다. P층의 경우, $SiH_4$ 농도가 증가함에 따라 결정분율 (Xc)이 감소하여 비정질화되었으며 그에 따라 dark conductivity가 감소하는 경향을 나타내었다. 각기 다른 결정분율을 가지는 p 'seed' 층 위에 증착된 태양전지는, p 'seed' 층의 결정분율이 증가함에 따라 개방전압, 곡선인자, 변환효율이 경향적으로 감소하였다. 이는 p 층 결정분율 변화에 따른 p/i 계면특성 저하 및 그 위에 증착되는 i ${\mu}c-Si:H$ 층의 결함밀도 증가 등에 따른 태양전지 특성 감소 때문인 것으로 판단되며, 이를 분석하기 위하여 i ${\mu}c-Si:H$ 층의 전기적, 구조적 특성 분석 및 태양전지의 dark I-V 특성 등을 분석하고자 한다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2003년도 기술심포지움 논문집
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• pp.141-144
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• 2003

Si 태양전지의 기전력 형성에 이용되는 빛의 파장범위$(0.4{\mu}m\leq\lambda\leq0.97{\mu}m)$에서 AM1 스펙트럼과 Si 굴절율을 수학적으로 모델링하고 광반사 방지막$(SiO_2)$의 두께에 따른 Si 태양전지의 유효 광 흡수전력을 전산 모사하였다. 전산 모사로부터 얻어진 Si 태양전지의 유효 광흡수전력은 $SiO_2$막의 두께가 $500\AA$과 $1000\AA$일 때 각각 $520\;W/m^2$와 $450\;W/m^2$로 나타났으며, $d(SiO_2)=1000\AA$에서 최대광흡수 특성을 보였다. 광반사 방지막의 처리에 따른 유효 광흡수전력의 차이를 알아보기 위해 $SiO_2$막의 두께를 $500\AA$과 $1000\AA$으로 형성한 2종류의 에피텍셜 베이스 Si 태양전지$[EBS(500\AA),\;EBS(1000\AA)]$를 제작하고 효율특성을 분석한 결과, AM1 $100\;mW/cm^2$ 입사광 아래 $EBS(1000\AA)$ 전지는 $EBS(500\AA)$전지에 비해 효율이 약 $15\%$ 높게 나타났다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.210-210
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• 2012

Ge 기판을 이용한 GaInP/GaAs/Ge 삼중접합 태양전지는 43.5%의 높은 광전효율을 기록하고 있으며, 이를 지상용 태양광 발전시스템에 이용하려는 연구가 진행 중이다[1]. 그러나, 이러한 다중접합 태양전지는 셀 제작 비용에 있어 Ge기판의 가격이 차지하는 비중이 높고 대면적 기판을 이용하기 힘든 단점이 있다. 한편, 무게, 기계적 강도와 열전도도 측면에서 Si 기판은 Ge 기판에 비해 장점이 있다. 아울러, 상대적으로 낮은 가격의 대면적 기판을 사용할 수 있기 때문에 Si 기판으로 Ge 기판을 대체할 경우 다중접합 태양전지의 높은 제작 비용을 낮추는 효과도 기대할 수 있다. Si 기판의 장점을 취하며 고효율 태양전지를 제작하기 위해, 이번 실험에서 우리는 Ge 에피층이 성장된 Si 기판 위에 GaAs 태양전지를 제작하였다. GaAs, GaInP와 비슷한 격자상수를 갖고 있는 Ge과 달리, Si은 이들 물질(GaAs, GaInP)과 4%의 격자상수 차이를 갖고 있으며 이로 인해 성장과정에서 관통전위가 발생하게 된다. 이러한 관통전위는 소자의 개방전압을 감소시키는 원인으로 작용한다. 실제로 Si 기판 위에 제작된 GaAs/Ge 이중접합 태양전지에서 관통전위 밀도에 따른 개방전압 감소를 확인할 수 있었다. 관통전위로 인한 영향 이외에, Si 기판위에 제작된 태양전지에서는Ge 기판 위에 제작된 태양전지에 비하여 낮은 fill factor가 관찰되었다. 이것은 Si 기판 위에 제작된 GaAs/Ge 이중접합 태양전지가 높은 직렬저항을 가지고 있기 때문이다. 따라서 이번 실험에서는 Si 기판 위에 제작한 GeAs/Ge 이중접합 태양전지의 직렬저항의 원인을 전산모사와 실험을 통하여 규명하였다. TCAD (APSYS-2010)를 이용한 전산모사 결과, Si 기판의 낮은 불순물 농도 ($1{\times}10^{15}/cm^3$)에 따른 직렬저항의 원인으로 파악되었으며, 전류-전압 특성을 측정하여 실험적으로 이를 확인하였다. 이러한 직렬저항 성분을 줄이기 위하여 Si 기판의 p형 불순물 농도가 전류 전압 특성 곡선에 미치는 영향을 전산모사를 통하여 알아보았으며, Si 기판의 불순물 농도가 $1{\times}10^{17}/cm^3$ 이상으로 증가할 경우, 직렬저항 성분이 크게 감소 하는 것을 전산모사 결과로 예상할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.95-95
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• 2009

실리콘 이종접합 태양전지는 비정질 실리콘을 사용하여 p-n 접합을 만들기 때문에 결정질 태양전지에 비해 개방전압이 높은 특성을 보인다. 그렇지만 결정질 태양전지는 접합을 확산공정으로 만들어 p층과 n층의 계면에서 결함이 존재하지 않는 반면 이종접합 태양전지는 결정질 실리콘 표면에 접합을 만들기 때문에 결정질 실리콘의 표면에 defect이 존재할 가능성이 많아진다. 이번 실험에서 결정질 실리콘의 cleaning 조건 변화에 따른 이종접합 태양전지의 특성변화를 보았다. 실리콘 이종접합 태양전지는 전면전극/ITO/p a-Si:H/i a-Si:H/n c-Si/i a-Si:H/n a-Si:H/후면전극의 구조로 만들으며 p형 및 n형 비정질 실리콘은 PECVD를 이용하여 증착하였고 i형 비정질 실리콘은 HWCVD를 이용하여 증착하였다. 만들어진 태양전지의 특성을 평가하기 위해 암전류 특성, 광전류 특성, 양자효율, 소수반송자수명을 측정하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.420-420
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• 2011

결정질 태양전지에서 고효율 달성을 위한 LBC(Local Back Contact) 구조의 중요성이 강조되고 있다. LBC 구조에서 후면 passivation 형성을 위한 SiNX layer를 PECVD로 형성 시, 실리콘 bulk 내로 H+ 원자가 침투하여 Boron과 결합하게 되면 Boron이 bulk 내에서 dopant로 작용을 하지 못하게 되어, 후면에서 p-층을 형성하고, 이는 VOC의 저하를 야기 시킨다. 본 연구에서는 LBC 구조에서 후면 passivation 시 bluk 내 B-H결합으로 인한 태양전지 특성 저하 문제를 해결하기 위해, SiNX를 증착하기 전에 얇은 산화막 barrier를 성장시켜 Bulk 내에 H+ 침투를 최소화 하였다. PECVD를 이용한 N2O 플라즈마 처리, HNO3 Wet Chemical Oxidation의 방법을 통해 substrate와 SiNX 사이에 얇은 oxide 층을 형성하였으며, 각각의 조건에 대해 lifetime 측정을 실시하였다. 그 결과 SiON/SiNx를 이용한 막의 lifetime이 $94.5{\mu}s$로 가장 우수하였고, Reference에 비해 25.4% 증가함을 확인할 수 있었다. 그러나 HNO3/SiNx에서는 30.6%, SiON에서는 84.3% 감소함을 확인하였다. Voc 측정 결과 또한 SiON/SiNx를 이용한 막이 670mV로 가장 우수함을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 LBC구조에서 후면에 얇게 SiON/SiNx막을 형성함으로서 H+이온의 침투를 저지하여 후면 B-H결합을 막아 태양전지 특성 저하를 감소시키는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.64.2-64.2
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• 2011

a-Si 박막 태양전지는 a-Si:H을 유리 기판 사이에 주입해 만드는 태양전지로, 뛰어난 적용성과 경제성을 지녔으나 c-Si 태양전지에 비해 낮은 변환 효율을 보이는 단점이 있다. 변환 효율을 높이기 위한 연구 방법으로는 a-Si 박막 태양전지 단일cell 제작 시 high Bandgap을 가지는 p-layer를 사용함으로 높은 Voc와 Jsc의 향상에 기여할 수 있는데, 이 때 p-layer의 defect 증가와 activation energy 증가도 동시에 일어나 변환 효율의 증가폭을 감소시킨다. 이를 보완하기 위해 본 실험에서는 p-layer에 기존의 p-a-Si:H를 사용함과 동시에 high Bandgap의 buffer layer를 p-layer와 i-layer 사이에 삽입함으로써 그 장점을 유지하고 높은 defect과 낮은 activation energy의 영향을 최소화하였다. ASA 시뮬레이션을 통해 a-Si:H보다 high Bandgap을 가지는 a-SiOx 박막을 사용하여 p-type buffer layer의 두께를 2nm, Bandgap 2.0eV, activation energy를 0.55eV로 설정하고, i-type buffer layer의 두께를 2nm, Bandgap 1.8eV로 설정하여 삽입하였을 때 박막 태양전지의 변환 효율 10.74%를 달성할 수 있었다. (Voc=904mV, Jsc=$17.48mA/cm^2$, FF=67.97).

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.129.2-129.2
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• 2011

본 연구에서는 a-Si:H/c-si 구조의 이종접합 태양전지의 p a-Si:H 에미터 층의 박막 조건에 따라 태양전지 특성을 연구하였다. p, n-layer는 PECVD (Plasma-enhanced chemical vapor deposition) i-layer는 HWCVD(Hot wire chemical vapor deposition), ITO는 RF 마그네트론 스퍼터링법으로 제작하였다. p-layer의 도핑 농도, 기판 증착 온도, 증착 높낮이에 따라 특성을 비교 분석 하였다. QSSPC로 minority carrier life time, 자외 가시선 분광분석 장치로 투과 반사도를, Ellipsometer로 흡수 계수, 두께, FTIR로 막의 구성요소 등의 변화를 조사하여 개선된 p a-Si:H의 특성이 이종접합 태양전지에서 효율향상에 영향을 주는지 Photo IV와 EQE를 통하여 조사하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.367-369
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• 2009

플렉서블 태양전지용 연성기판재에는 플라스틱재와 금속재가 있다. 기존의 연성기판인 플라스틱의 경우 열과, 내구성, 화학약품에 약하다는 단점이 있으며, 금속기판은 높은 생산원가, 박판화의 어려움 등의 문제를 안고 있다. 일반적으로 기판재와 cell을 구성하는 반도체 층의 열팽창 거동 차이에 의한 열 변형이 태양전지의 공정안정성에 영향을 주는 것으로 알려져 있으며, cell을 구성하는 반도체 층과 열팽창 거동이 유사한 금속기판재의 적용이 필요하다. Si 박막 태양전지의 경우 Si 열팽창 거동과 비슷한 특성을 갖는 기판재의 개발이 필요하다. 전주법을 적용하여 조성이 다른 Ni계 합금의 열팽창 거동을 TMA 장비를 사용하여 측정하였다. 그리고 전산해석 Tool을 활용하여 가상의 Si 박막 태양전지 제조공정을 설정하고 고온 공정온도에서 상온으로 냉각시 발생되는 층간 열변형 연구를 수행하였고 열팽창 거동이 다른 합금 상에 Si층을 증착하여 열 충격에 의한 결함 발생여부를 관찰하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.97.2-97.2
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• 2010

유리기판을 이용하여 제조되는 미세 결정질 실리콘 박막 태양전지에서 진성 반도체층(i ${\mu}c$-Si:H layer, i층)은 태양전지의 광 흡수층으로 사용되기 때문에 그 특성은 매우 중요하다. 특히, i층의 결정분율 변화는 태양광의 흡수파장 및 효율을 결정하여 준다. 본 연구에서는 i층 증착시 $SiH_4$ 가스의 농도 변화 및 $SiH_4$ 가스 profiling을 통하여 i층의 결정분율을 변화하였으며, 이에 따른 i층 단위박막과 미세결정질 태양전지 특성변화를 분석 하였다. i층의 $SiH_4$ 가스 농도가 증가함에 따라 i층 단위박막의 결정분율은 증가하였으며, 전기 전도도는 감소하였다. 또한, i층의 $SiH_4$ 가스 농도를 점차 증가하며 profiling 하여 증착한 박막은 동일 가스 농도로 증착한 박막보다 전기 전도도가 감소하였고, 증착속도는 증가하였다. 이와 같은 다양한 i층들은 'Raman spectroscopy'를 통하여 결정분율 변화를 측정하였다. 또한, 이 박막들을 광 흡수층으로 사용하는 미세결정질 태양전지를 제조하고, 태양전지의 효율, 양자효율, 암전류 특성들을 단위박막 특성과 연계하여 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.212-212
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• 2012

수소화된 실리콘 질화막은 결정질 태양전지 산업에서 반사방지막 과 패시베이션 층으로 널리 사용되고 있다. 또한, 수소화된 질화막은 금속 소성공정과 같은 높은 공정온도를 거친 후에도 결정질 실리콘 태양전지의 표면층으로서 충족되는 특성들이 변하지 않고 유지되어야 한다. 본 연구에서는 PECVD 장치를 이용한 수소화된 실리콘 질화막의 특성 변화에 대한 경향성을 알아보기 위하여 증착조건의 변수(온도, 증착거리, 무선주파수 전력, 가스비율 등.)들을 다양하게 가변하여 증착조건의 최적화를 찾았다. 이후 수소화된 실리콘 질화막의 전구체가 되는 사일렌(SiH4)과 암모니아(NH3) 가스비를 변화시켜가며 결정질 실리콘 태양전지에 사용되기 위한 박막의 광학 전기 화학적 그리고 표면 패시베이션 특성들을 분석하였다. 가스 비율에 따른 수소화된 실리콘 질화막의 굴절률 범위는 1.90-2.20까지 나타내었다. 결정질 실리콘 태양전지에 사용하기 위한 가장 적합한 특성은 3.6(NH3/SiH4)의 가스비율을 나타내었다. 이를 통하여 PECVD 내에서 구현 할 수 있는 가스의 혼합(SiH4+NH3+N2, SiH4+NH3, SiH4+N2)을 달리하여 박막의 광학적 및 패시베이션 특성을 분석하였다. 이후 $156{\times}156mm$ 대면적 결정질 실리콘 태양전지를 제작하여 SiH4+NH3+N2 의 가스 혼합에서 17.2%의 변환 효율을 나타내었다.