다결정 실리콘 웨이퍼 표면에 대면적 reactive ion etching (RIE) 장비로 표면 텍스쳐를 형성한 뒤 태양전지를 제작하였다. 웨이퍼 표면에 텍스쳐를 형성하는 것은 광학적 손실을 줄이기 위해 일반적으로 사용되는 방법으로 alkaline etching이 사용된다. 그러나 다결정 실리콘 태양전지의 경우 재료의 결정 방향에 따라 식각되는 alkaline etching은 텍스쳐링의 모양을 제어할 수 없어 효과적이지 못하다. 이와 달리 플라즈마 식각방법을 사용하면 표면 텍스쳐의 모양을 효과적으로 제어하여 조금 더 낮은 반사율을 얻을 수 있다. 하지만 텍스쳐 모양 조절로 얻은 낮은 반사율이 항상 높은 변환효율을 얻을 수 있는 것은 아니다. 본 연구에서는 대면적 RIE 공정 조건별로 얻은 태양전지 표면 텍스쳐의 모양에 따라 각각의 반사율과 양자효율 및 변환효율이 미치는 영향을 살펴보았다.
In this paper, we studied the optimization of the screen pringting method for crystalline silicon solar cell fabrication. The 156 * 156 mm2 p-type silicon wafers with $200{\mu}m$ thickness and $0.5-3{\Omega}cm$ resistivity were used after texturing, doping, and passivation. Screen printing method is a common way to make the c-Si solar cell with low-cost and high-efficiency. We studied the optimized condition for screen printing with crystalline silicon solar cell as changing the printing direction (finger line or bus bar), finger width, and mesh angle. As a result, the screen printing with finger line direction showed higher finger height and better conversion efficiency, compared with one with bus bar direction. The experiments with various finger widths and mesh angles were also carried out. The characteristics of solar cells was obtained by measuring light current-voltage, optical microscope and electroluminescence.
Many studies in crystalline silicon solar cell fabrication have been focused on high efficiency and low cost. In this paper, we carried out the doping procedure by varying the silicon wafer thicknesses and sheet resistance. The silicon wafers with various thicknesses were obtained by shiny etching and texturing. The thicknesses of wafers were 100, 120, 150, and $180{\mu}m$. The emitter layer formed by $POCl_3$ doping process had sheet resistance with 40 and $80{\Omega}/sq$ for selective emitter application. This experiment indicated wafer thickness did not influence sheet resistance but lifetime was strongly effected.
To reduce manufacturing costs of crystalline silicon solar cells, silicon wafers have become thinner. In relation to this, the properties of the aluminium-back surface field (Al-BSF) are considered an important factor in solar cell performance. Generally, screen-printing and a rapid thermal process (RTP) are utilized together to form the Al-BSF. This study evaluates Al-BSF formation on a (111) textured back surface compared with a (100) flat back surface with variation of ramp up rates from 18 to $89^{\circ}C$/s for the RTP annealing conditions. To make different back surface morphologies, one side texturing using a silicon nitride film and double side texturing were carried out. After aluminium screen-printing, Al-BSF formed according to the RTP annealing conditions. A metal etching process in hydrochloric acid solution was carried out to assess the quality of Al-BSF. Saturation currents were calculated by using quasi-steady-state photoconductance. The surface morphologies observed by scanning electron microscopy and a non-contacting optical profiler. Also, sheet resistances and bulk carrier concentration were measured by a 4-point probe and hall measurement system. From the results, a faster ramp up during Al-BSF formation yielded better quality than a slower ramp up process due to temperature uniformity of silicon and the aluminium surface. Also, in the Al-BSF formation process, the (111) textured back surface is significantly affected by the ramp up rates compared with the (100) flat back surface.
Iftiquar, Sk Md;Park, Hyeongsik;Dao, Vinh Ai;Pham, Duy Phong;Yi, Junsin
Current Photovoltaic Research
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제4권1호
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pp.1-7
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2016
Among the various types of solar cells, silicon based two terminal tandem solar cell is one of the most popular one. It is designed to split the absorption of incident AM1.5 solar radiation among two of its component cells, thereby widening the wavelength range of external quantum efficiency (EQE) spectra of the device, in comparison to that of a single junction solar cell. In order to improve the EQE spectra further and raise short circuit current density ($J_{sc}$) an optimization of the tradeoff between the top and bottom cell is needed. In an optimized cell structure, the $J_{sc}$ and hence efficiency of the device can further be enhanced with the help of light trapping scheme. This can be achieved by texturing front and back surface as well as a back reflector of the device. In this brief review we highlight the development of light trapping in the silicon based tandem solar cell.
표면 수정에 의한 결정질 실리콘 태양전지의 표면 반사율의 감소는 실리콘 태양전지에 있어서 가장 중요한 문제들 중 하나다. 결정질 실리콘 기판 표면에 텍스쳐링을 이용하여 반사방지막을 형성하는 것은 태양전지의 표면 반사율을 줄이는 측면에서 주목할 만한 것이다. 이 논문에서는 단결정 실리콘과 다결정 실리콘에 텍스쳐링을 이용하여 표면 반사율을 감소할 수 있는 방안에 대해서 연구한다.
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.
We studied surface texture-etching of glass substrate by using reactive ion etching process with various working pressure (0.7~9.0 mT). With the increase in the pressure, a haze parameter, which means diffusive transmittance/total transmittance, was increased in overall wavelength regions, as measured by spectrophotometer. Also, atomic force microscopy (AFM) study also showed that the surface topography transformed from V-shaped, keen surface to U-shaped, flattened surface, which is beneficial for nanocrystalline silicon semiconductor growth with suppressing defective crack formation. The texture-etched ZnO:Al combined with textured glass exhibited pronounced haze properties that showed 60~90 % in overall spectral wavelength regions. This promising optical properties of double textured, transparent conducting substrate can be widely applied in silicon thin film photovoltaics and other optoelectronic devices.
한국정보디스플레이학회 2003년도 International Meeting on Information Display
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pp.1038-1041
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2003
In the paper, we investigated silicon surface microstructures formed by reactive ion etching in hollow cathode system. Wet anisotropic chemical etching technique use to form random pyramidal structure on <100> silicon wafers usually is not effective in texturing of low-cost multicrystalline silicon wafers because of random orientation nature, but High density hollow cathode plasma system illustrates high deposition rate, better film crystal structure, improved etching characteristics. The etched silicon surface is covered by columnar microstructures with diameters form 50 to 100nm and depth of about 500nm. We used $SF_{6}$ and $O_{2}$ gases in HCP dry etch process. This paper demonstrates very high plasma density of $2{\times}10^{12}$$cm^{-3}$ at a discharge current of 20 mA. Silicon etch rate of 1.3 ${\mu}s/min$. was achieved with $SF_{6}/O_{2}$ plasma conditions of total gas pressure=50 mTorr, gas flow rate=40 sccm, and rf power=200 W. Our experimental results can be used in various display systems such as thin film growth and etching for TFT-LCDs, emitter tip formations for FEDs, and bright plasma discharge for PDP applications. In this paper we directed our study to the silicon etching properties such as high etching rate, large area uniformity, low power with the high density plasma.
Screen printing method is a common way to fabricate the crystalline silicon solar cell with low-cost and high-efficiency. The screen printing metallization use silver paste and aluminum paste for front and rear contact, respectively. Especially the rear contact between aluminum and silicon is important to form the back surface filed (Al-BSF) after firing process. BSF plays an important role to reduces the surface recombination due to $p^+$ doping of back surface. However, Al electrode on back surface leads to bow occurring by differences in coefficient of thermal expansion of the aluminum and silicon. In this paper, we studied the properties of mono crystalline silicon solar cell for rear electrode with aluminum and aluminum-boron in order to characterize bow and BSF of each paste. The 156*156 $m^2$ p-type silicon wafers with $200{\mu}m$ thickness and 0.5-3 ${\Omega}\;cm$ resistivity were used after texturing, diffusion, and antireflection coating. The characteristics of solar cells was obtained by measuring vernier callipers, scanning electron microscope and light current-voltage. Solar cells with aluminum paste on the back surface were achieved with $V_{OC}$ = 0.618V, JSC = 35.49$mA/cm^2$, FF(Fill factor) = 78%, Efficiency = 17.13%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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