• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.157-157
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• 2011

박막형태로 제작이 가능한 비정질 실리콘은 결정질 실리콘에 비하여 AM-1 (Air Mass 1:100mW/cm2)조건하에서 10-3 S/cm 정도의 높은 광전기전도도와 가시광선 영역($4000{\sim}7000{\AA}$)에서 약 10배의 높은 광흡수계수를 가지며, $300^{\circ}C$ 이하의 낮은 기판온도에서 다양한 기판위에 대면적으로 제작이 가능할 뿐만 아니라 제작공정이 단순하여 제작비용이 저렴하다는 이점이 있다. 본 실험에서 제작된 모든 박막은 PECVD로 증착하였으며 구조는 p-i-n superstrate형 구조를 사용하였고, 각 박막의 두께는 p-a-Si:H/i-a-SiGe:H/n-a-Si:H ($300{\AA}/2000{\AA}/600{\AA}$)으로 고정하였다. a-Si:H (hydrogenated amorphous silicon) 태양전지의 광 흡수층인 i-layer에서의 germane 가스 유량 변화(0, 20, 40. 60, 80, 100 sccm)에 대한 흡수율의 차이를 UV/Vis/Nir spectrophotometer (ultraviolet/visible/near infrared spectrophotometer)를 통해 확인하고, 그에 따른 a-Si:H 박막 태양전지를 제작하여 solar simulator를 사용하여 AM 1.5 G의 환경 조건에서 태양전지 특성을 평가하였다. 그 결과 germane 가스 유량이 증가함에 따라 파장에 대한 absorptance (a.u.)값이 증가함을 알 수 있었으며, 흡수되는 파장영역의 범위가 장파장으로 확대됨을 확인할 수 있었다. 또한 germane 가스 유량이 60 sccm 일때 a-SiGe:H 박막 태양전지 변환효율이 3.80%로 최대값을 가졌다. 실험에서 germane 가스 유량이 증가할수록 흡수율이 높아져 태양전지특성이 향상될 거라 예상 했지만, 100 sccm보다 60 sccm일 때가 단락전류밀도 값과 변환효율이 높다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 각 layer사이에 계면상의 문제가 있을 거라 예상되며 직렬저항측정을 통해 확인할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.300.1-300.1
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• 2013

반사방지막 코팅(Anti-reflection coating)은 태양전지(Solar cell), 발광다이오드(LED) 등의 반사율을 낮추어 효율을 증대시키기 위하여 사용되고 있다. 본 실험에서는 유리 기판 위에 실리콘 타겟을 이용한 Reactive magnetron sputtering 장비를 활용하여, 50~100 mTorr의 높은 공정 압력(High pressure)에서 증착하여 SiO2 반사방지막 코팅층을 형성하였다. Ellipsometer를 이용하여 SiO2 박막층의 굴절률(Refractive index)을 측정한 결과, 공정 압력에 따라 SiO2 박막이 다양한 굴절률을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, UV-Vis spectrometer를 이용하여, 450~600 nm 파장에서의 반사율(Reflectance)과 투과율(Transmittance)을 측정하여 비교, 분석하였다. 나아가 증착된 SiO2 반사방지막을 비정질 실리콘 박막 태양전지에 적용하여 효율 향상 효과를 실험하였다. 이를 활용하여 낮은 굴절률을 갖는 반사방지용 SiO2 코팅층을 형성하여 태양전지의 광 변환 효율을 상승 시킬 수 있고, 발광다이오드의 광 추출 효율을 증가시킬 있을 것으로 여겨진다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.05a
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• pp.374-377
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• 2008

비정질 Si박막 태양전지의 후면 반사층을 위한 ZnO:Al TCO박막을 RF Magnetron Sputtering 방법으로 증착하였으며 이의 전기적, 광학적 특성 및 구조를 최적화하였다. Sputtering의 공정변수인 증착 RF 파워, 기판온도, 타겟-기판 거리, 증착압력을 변화시켜 ZnO:Al 단일막의 전기적, 광학적 특성을 최적화 하였고,이를 소면적 태양전지 셀 및 모듈에 적용하였다.그 중 증착 RF파워 및 압력이 단일막의 전기적,광학적 특성에 타겟-기판거리는 박막의 균일도에 큰 영향을 주었다. 압력에 따른 박막의 치밀도를 SE EMA방법으로 정량화하였고, 광학적, 전기적 특성과 연관하여 해석하였다. ZnO:Al 박막의 물성을 최적화하여 태양전지 셀에 적용한 결과 두께 80nm에서 가장 큰 Jsc의 증가를 보였고, 적용 전에 비해 약 18%의 광변환효율의 증가를 얻었다. 최적화된 태양전지 셀의 광변환효율은 9.9%, 모듈 효율은 7.4%였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.122.2-122.2
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• 2011

결정질 태양전지 제작에서, passavtion은 표면의 반사도를 줄여주는 반사 방지막의 역할과 표면의 dangling bond를 감소시켜, 표면 재결합 속도를 줄이고 minority carrier lifetime을 증가하는 데 큰 영향을 미친다. 그렇기 때문에 저가형 고효율 태양전지 제작에서 우수한 특성을 가지는 passivation막은 매우 중요한 이슈이다. 본 연구에서는 LBC(local back contact) 구조를 가지는 단결정 태양전지 후면에, 기존의 Full Al-BSF의 passivation 막을 SiNx와 ONO passivation 막으로 각각 대체하여, LBC 구조에서 더 적합한 passivation 막을 찾고자 하였다. SiNx와 ONO passivation 막은 단결정 LBC 구조 태양전지 후면에 각각 형성되었고 $800^{\circ}C$, 20 sec 조건으로 소성되었다. 실험결과는 minority carrier lifetime과 surface recombination velocity로 관찰하였다. 그 결과, SiNx passivation 막의 표면 재결합 속도는 29.7cm/s이고, ONO passivation 막의 표면 재결합 속도는 24.5cm/s로, Full Al-BSF 표면 재결합 속도 750cm/s에 비해 더 적합한 passivation 막으로 확인할 수 있었다. 결과적으로 SiNx,ONO passivation 막이 Full Al-BSF보다 전극에 수집되는 캐리어의 양이 많아짐에 따라 효율향상을 가져올 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.472.2-472.2
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• 2014

현재 결정질 실리콘 태양전지의 전 후면 전극의 형성은 스크린 프린팅 방법이 주를 이루고 있다. 스크린 프린팅 방법은 쉽고 빠르게 인쇄가 가능한 반면 단가가 높고 금속 페이스트에 첨가된 여러 혼합물에 의해서 전극과 기판 사이의 저항이 크다는 단점이 있다. 본 논문에서는 도금을 이용하여 태양전지의 전극을 형성한 후 태양전지의 전기적 특성을 비교하였다. 또한 단일반사방지막($SiN_x$) 증착 후 도금을 이용한 전극 형성 시 반사방지막의 pin-hole에 의해 전극 이외의 표면에 도금이 되는 ghost plating 현상이 발생하게 되는데, 이를 방지하기 위해 thermal oxidation을 이용하여 SiO2/SiNx 이중반사 방지막을 증착함으로써 ghost plating을 최소화 시켰다. Ni을 이용하여 전극과 기판 사이의 저항을 낮추었으며, 주요 전극은 Cu 도금을 사용함으로써 단가를 낮추었으며 마지막으로 Cu전극의 산화를 방지하기 위해 Ag을 이용하여 얇게 도금하였다. 실험에 사용된 Si 웨이퍼 특성은 p-형, $156{\times}156mm2$, $200{\mu}m$, $0.5{\sim}3.0{\Omega}{\cdot}cm$ 이다. 웨이퍼는 표면조직화, p-n접합 형성, 반사방지막 코팅을 하였으며 스크린 프린팅 방법을 이용해 후면 전극을 인쇄하고 열처리 과정을 통해 전극을 형성하였다. 이 후 전면에 레이저를 이용해 전극 패턴을 형성한 후 도금을 실행하여 태양전지를 완성하였다. 완성된 태양전지는 솔라 시뮬레이터, QE 및 TLM패턴을 이용하여 전기적 특성을 분석하였으며, SEM과 linescan, 광학현미경 등을 이용하여 전극을 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.59.1-59.1
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• 2010

이종접합 구조의 태양전지는 에미터 및 후면전계층으로 비정질 실리콘이 이용되고 있다. 본연구에서는 HWCVD를 이용하여 중성층 비정질 실리콘을 증착(10nm), 패시베이션된 n형 결정질 실리콘을 기판으로 PECVD법으로 에미터 층은 p형 비정질 실리콘을 후면 전계층은 n+형 비정질 실리콘을 증착하여 a-Si:H(p)/c-Si(n)/a-Si:H(n+)의 구조로 에미터 및 후면전계층의 조건에 따른 이종접합 태양전지를 제작, 특성을 분석하였다. 증착시간에 따라 에미터와 후면전계층의 두께를 조절하고 도펀트 가스(B2H6,PH3)의 유량에 따라 도핑 농도를 조절하였다. 공정 변수마다 MCLT 및 Implied Voc를 측정하였고, 태양전지 제작 후 도핑 농도에 따른 충진율을 비교, 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.454-455
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• 2008

태양전지의 효율은 실리콘 자체의 특성에 의해서 결정 되거나 완성된 실리콘을 통해 태양전지를 제조하는 과정에서 웨이퍼의 두께와 도핑 농도의 조절을 통해 효율을 변화 시킬 수 있다. 높은 효율을 갖는 태양전지 설계를 위해 태양전지 시뮬레이터인 AFOS HET 프로그램을 이용하여 태양전지 웨이퍼 두께와 acceptor의 도핑 농도를 조절하였다. 최적화 결과 80nm ZnO, $300{\mu}m$ c-Si(p), 1nm a-Si(i), 1nm a-Si(n), $1{\mu}m$ Ag, acceptor의 도핑 농도 $7\times10^{16}cm^{-3}$ 에서 $V_{oc}$=697.7mV, $J_{sc}$=42.15mA/$cm^2$, $P_{max}$=0.0247W/$cm^2$, FF=83.51%, Eff=24.56%의 고효율을 얻을 수 있다. 본 연구를 통하여 태양전지 설계나 제조 시에 연구비를 절감할 수 있고 높은 효율의 태양전지로 접근할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.305-305
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• 2010

태양전지의 개발이 본격화 되면서 태양전지 웨이퍼 표면에서의 재결합에 의한 손실을 줄이고 전면에서의 반사도를 감소시키기 위한 ARC (Anti-reflection Coating) layer에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중 대표적인 물질이 실리콘 질화막이 있다. 실리콘 질화막은 PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition)법으로 저온에서 실리콘 기판 위에 증착 가능한 장점이 있다. 또한 실리콘 질화막의 광학적, 전기적인 특성은 $SiH_4:NH_3$의 화학적 조성비에 의해 결정되며 가스비 가변에 따라 균일도 및 굴절률 조절을 가능케 하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 태양전지의 표면 반사도 저감 및 효율 향상에 최적화된 실리콘 질화막을 형성하기 위해 PECVD를 이용하였고, 가스비 가변을 통해 굴절률을 조절하여 실리콘 질화막을 증착하고 이를 이용한 태양전지를 제작한 후 특성을 비교, 분석하였다. 실리콘 질화막 증착을 위해 압력, 온도, 파워를 1Torr, $450^{\circ}C$, 300W로 고정하고 가스비는 $SiH_4$를 45 sccm으로 고정한 후 $NH_3$의 양을 각각 30, 60, 90, 120 sccm으로 가변하였다. $SiH_4:NH_3$ 비율이 45:90일 때 박막의 passivation효과가 최대였으며 이 조건로 ARC를 형성한 태양전지는 77% 후반의 높은 FF(Fill Factor)와 17%의 광 변환 효율을 나타냈다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.39.1-39.1
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• 2010

이종접합태양전지는 단결정 실리콘 기판 표면에 고품질 비정질 실리콘층을 적층함으로써 전기의 근원인 전하의 재결합 손실을 줄여 높은 개방전압을 얻을 수 있다는 특징이 있다. 초박형 태양전지는 기존 태양전지보다 뛰어난 광전변환 특성(Photovoltaic characteristic)을 가지고 두께가 얇아 제품 형상 시 자유도가 높아진다. 본 논문에서는 n-type Bare wafer($160{\sim}180{\mu}m$)를 이용하여 $50{\mu}m$의 웨이퍼를 제작하였다. a-Si:H(p)_a-Si:H(i)_c-Si(n)의 광흡수층 구조를 성막하여 cell을 제작하였다. 그 결과 Voc(Open Circuit Voltage)가 0.666, Jsc(Short-Circuit Current)가 34.77, FF(Fill Factor) 69.413, Efficency 16.07%를 달성했다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.397-397
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• 2011

최근 태양전지 연구가 활발히 진행되는 가운데 저가 고효율 태양전지로 제안되는 제3세대 태양전지로 Quantum Dots (QD: 양자점) 태양전지에 대한 연구가 많은 연구자들에 의해 관심이 모아지고 있다. 현재까지 보고된 최고효율은 NSWU의 13%의 효율을 보고하고 있으며, 국내에서도 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 기존의 PECVD에서 문제시 되고 있는 플라즈마에 의한 박막손상과 고온 증착온도 등의 단점을 보완한 증착 기술로 중성입자빔 (Hyper-thermal neutral beam ; HNB)을 이용한 저온 증착방법에 대한 연구를 진행하였다. 유리기판과 p-type Si 기판 그리고 SiNx 박막 위에 Ar, He, H2, 그리고 SiH4 가스를 소스 가스로 활용하여 ECR-microwave 플라즈마에서 생성된 중서입자빔을 이용한 Si 양자점을 형성하였고, Si 양자점 형성 특성과 크기제어 방법에 대한 연구를 진행하였다. 또한 TEM, FTIR, Raman, Photo Luminescence 등의 분석 방법을 이용하여 결정성 및 성분 등을 분석하여 HNB의 특성 및 효과를 규명하였다.