• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.20-20
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• 2010

Organic based photovoltaics (OPV) have been received a lot of attention because they are lightweight, inexpensive to fabricate and flexible compare to crystalline Si solar cells. In this seminar, several important progresses in the Polymer PV, such as, formation of bulk heterojunction, development of post annealing technique, tandem cell fabrication will be introduced. In addition that, some efforts to achieve the further improvement in the performance of the Polymer PV will be discussed.

• Current Photovoltaic Research
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• v.9 no.4
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• pp.111-122
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• 2021

Silicon heterojunction technology (HJT) solar cells have received considerable attention due to advantages that include high efficiency over 26%, good performance in the real world environment, and easy application to bifacial power generation using symmetric device structure. Furthermore, ultra-highly efficient perovskite/c-Si tandem devices using the HJT bottom cells have been reported. In this paper, we discuss the unique feature of the HJT solar cells, the fabrication processes and the current status of technology development. We also investigate practical challenges and key technologies of the HJT solar cell manufacturers for reducing fabrication cost and increasing productivity.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.20 no.11
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• pp.586-591
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• 2010

Solar cells have been more intensely studied as part of the effort to find alternatives to fossil fuels as power sources. The progression of the first two generations of solar cells has seen a sacrifice of higher efficiency for more economic use of materials. The use of a single junction makes both these types of cells lose power in two major ways: by the non-absorption of incident light of energy below the band gap; and by the dissipation by heat loss of light energy in excess of the band gap. Therefore, multi junction solar cells have been proposed as a solution to this problem. However, the $1^{st}$ and $2^{nd}$ generation solar cells have efficiency limits because a photon makes just one electron-hole pair. Fabrication of all-silicon tandem cells using an Si quantum dot superlattice structure (QD SLS) is one possible suggestion. In this study, an $SiO_x$ matrix system was investigated and analyzed for potential use as an all-silicon multi-junction solar cell. Si quantum dots with a super lattice structure (Si QD SLS) were prepared by alternating deposition of Si rich oxide (SRO; $SiO_x$ (x = 0.8, 1.12)) and $SiO_2$ layers using RF magnetron co-sputtering and subsequent annealing at temperatures between 800 and $1,100^{\circ}C$ under nitrogen ambient. Annealing temperatures and times affected the formation of Si QDs in the SRO film. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) spectra and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed that nanocrystalline Si QDs started to precipitate after annealing at $1,100^{\circ}C$ for one hour. Transmission electron microscopy (TEM) images clearly showed SRO/$SiO_2$ SLS and Si QDs formation in each 4, 6, and 8 nm SRO layer after annealing at $1,100^{\circ}C$ for two hours. The systematic investigation of precipitation behavior of Si QDs in $SiO_2$ matrices is presented.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.322.1-322.1
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• 2014

Many research groups have studied tandem or multi-junction cells to overcome this low efficiency and degradation. In multi-junction cells, band-gap engineering of each absorb layer is needed to absorb the light at various wavelengths efficiently. Various absorption layers can be formed using multi-junctions, such as hydrogenated amorphous silicon carbide (a-SiC:H), amorphous silicon germanium (a-SiGe:H) and microcrystalline silicon (${\mu}c$-Si:H), etc. Among them, ${\mu}c$-Si:H is the bottom absorber material because it has a low band-gap and does not exhibit light-induced degradation like amorphous silicon. Nevertheless, ${\mu}c$-Si:H requires a much thicker material (>2 mm) to absorb sufficient light due to its smaller light absorption coefficient, highlighting the need for a high growth rate for productivity. ${\mu}c$-SiGe:H has a much higher absorption coefficient than ${\mu}c$-Si:H at the low energy wavelength, meaning that the thickness of the absorption layer can be decreased to less than half that of ${\mu}c$-Si:H. ${\mu}c$-SiGe:H films were prepared using 40 MHz very high frequency PECVD method at 1 Torr. SiH4 and GeH4 were used as a reactive gas and H2 was used as a dilution gas. In this study, the ${\mu}c$-SiGe:H layer for triple solar cells applications was performed to optimize the film properties.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.308-309
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• 2012

One of the critical issues in the growth of multijunction solar cell is the formation of a highly doped Esaki interband tunnel diode which interconnects unit cells of different energy band gap. Small electrical and optical losses are the requirements of such tunnel diodes [1]. To satisfy these requirements, tens of nanometer thick gallium arsenide (GaAs) can be a proper candidate due to its high carrier concentration in low energy band gap. To obtain highly doped GaAs in molecular beam epitaxy, the temperatures of Si Knudsen cell (K-cell) for n-type GaAs and Be K-cell for p-type GaAs were controlled during GaAs epitaxial growth, and the growth rate is set to 1.75 A/s. As a result, the doping concentration of p-type and n-type GaAs increased up to $4.7{\times}10^{19}cm^{-3}$ and $6.2{\times}10^{18}cm^{-3}$, respectively. However, the obtained n-type doping concentration is not sufficient to form a properly operating tunnel diode which requires a doping concentration close to $1.0{\times}10^{19}cm^{-3}$ [2]. To enhance the n-type doping concentration, n-doped GaAs samples were grown with a lower growth rate ranging from 0.318 to 1.123 A/s at a Si K-cell temperature of $1,180^{\circ}C$. As shown in Fig. 1, the n-type doping concentration was increased to $7.7{\times}10^{18}cm^{-3}$ when the growth rate was decreased to 0.318 A/s. The p-type doping concentration also increased to $4.1{\times}10^{19}cm^{-3}$ with the decrease of growth rate to 0.318 A/s. Additionally, bulk resistance was also decreased in both the grown samples. However, a transmission line measurement performed on the n-type GaAs sample grown at the rate of 0.318 A/s showed an increased specific contact resistance of $6.62{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm^{-2}$. This high value of contact resistance is not suitable for forming contacts and interfaces. The increased resistance is attributed to the excessively incorporated dopant during low growth rate. Further studies need to be carried out to evaluate the effect of excess dopants on the operation of tunnel diode.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.62.2-62.2
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• 2010

박막 실리콘 태양 전지는 저가격화 및 대량생산, 대면적화에 유리하다는 장점을 가지고 있다. 단점으로 지적되는 낮은 효율을 극복하기 위해 광흡수층의 밴드갭이 서로 다른 두 개 이상의 박막을 적층하여, 넓은 파장 대역의 빛을 효과적으로 흡수함으로써 광변환 효율을 올리기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다. 서로 다른 밴드갭의 광흡수층을 가진 p-i-n 구조를 다중 적층하여 고효율의 태양 전지를 제작하기 위해서는 n-도핑층과, p-도핑층 간에 전자와 정공이 빠르게 재결합할 수 있는 터널 접합(Tunnel Recombination Junction)의 형성이 필수적이며, 이때 광손실이 최소화되도록 해야한다. 만약 터널 접합이 적절하게 형성되지 않으면 결합되지 않은 전자와 정공이 도핑층 사이에 쌓이게 되고, 도핑층 사이의 저항 증가로 태양 전지의 광변환 효율은 크게 하락한다. 이번 연구에서는 터널 접합이 잘 이루어지게 하기 위한 n-도핑층 및 p-도핑층 박막의 특성과, 터널 접합의 특성에 따른 적층형 태양 전지의 광효율 변화를 확인하였다. 광흡수층 및 도핑층은 TCO($SnO_2:F$, Asahi) 유리 기판 위에 PECVD를 사용하여 p-i-n 구조로 RF Power 조건에서 증착되었고, ${\mu}c$-Si 광흡수층의 경우에는 VHF Power 조건에서 증착되었다. 광흡수층이 a-Si/${\mu}c$-Si의 구조를 가지는 이중 접합 태양 전지에서 ${\mu}c$-Si n-도핑층/${\mu}c$-Si p-도핑층 사이의 터널 접합 실험 결과 n-도핑층 및 p-도핑층의 결정화도와 도핑 농도를 조절하여 터널 접합의 저항을 최소화했고, 터널 접합 특성이 이중 접합 셀의 광효율 특성과 유사한 경향을 보임을 확인하였다. 광흡수층이 a-Si/a-SiGe/${\mu}c$-Si의 구조를 가지는 삼중 접합 태양 전지 실험의 경우 a-Si과 a-SiGe 광흡수층 사이에 ${\mu}c$-Si n-도핑층/${\mu}c$-Si p-도핑층/a-SiC p-도핑층의 구조를 적용하여 터널 접합을 형성하였으며, ${\mu}c$-Si p-도핑층의 두께 및 박막 특성을 개선하여 광손실이 최소화된 터널 접합을 구현하였고, 삼중 접합 태양 전지에 적용되었다.