• Bulletin of the Korea Photovoltaic Society
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• v.2 no.1
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• pp.6-17
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• 2016

최근 태양광 시장은 생산량 증가와 제조단가 하락이 동시에 이루어지고 있으며 결정질 실리콘 태양전지가 시장을 주도하고 있다. 그 중에서도 결정질 실리콘 태양전지는 제조단가의 40% 이상을 차지하는 실리콘 원자재 비용을 줄이기 위해 두께를 줄이고자하는 노력에 관심이 집중되고 있다. 본 논문에서는 상용 결정질 실리콘 태양전지에서 사용되는 기술이 박형 결정질 실리콘 태양전지에 적용될 때 생기는 문제점과 이를 극복하기 위한 기술에 대해 박형 실리콘 웨이퍼, 박형 결정질 실리콘 태양전지, 박형 결정질 실리콘 태양전지 모듈 전반에 걸쳐 논하려고 한다.

• Bulletin of the Korea Photovoltaic Society
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• v.2 no.1
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• pp.18-25
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• 2016

결정질 실리콘 태양전지의 전극은 태양전지 시장의 80% 이상을 차지하고 있어 제조단가에 크게 영향을 미칠 뿐만이 아니라 효율에도 크게 영향을 미친다. n-type과 p-type의 실리콘 반도체를 접합해 오믹접촉을 형성하며, 전면에는 Ag 페이스트를, 후면에는 Al 페이스트를 이용해 형성한다. 여러 가지 방법으로 전극을 형성할 수가 있으며, 스크린 프린팅이 대표적인 방법이다. 스크린 프린팅은 간단하며 연속 공정을 이용해 전극을 형성할 수 있다. 최근 원가절감에 대한 요구로 습식기반 공정을 이용한 전극형성 연구도 활발히 진행되고 있다. 본고에서는 결정질 실리콘 태양전지 전극에 대해 설명했으며, 결정질 실리콘 태양전지의 기술개발 및 동향에 대해 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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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.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.98-98
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• 2003

비정질 실리콘 박막을 태양전지, 박막 트랜지스터, 이미지 센서, 컬러 디텍터 등에 적용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 이중 태양전지에 적용하기 위한 비정질 실리콘 박막은 p/i/n 다이오드 구조를 형성하게 되는데, 태양전지의 효율을 증가시키기 위해 결정질을 형성하거나 실리콘 화합물 박막을 적용한다. 본 연구에서는 비정질 태양전지의 흡수층(absorption layer)으로 사용되는 수소화된 비정질 박막의 결정화에 수소의 희석비가 미치는 영향을 파악하고자 하였다. PECVD 장비로 실란(SiH$_4$)과 수소(H$_2$) 가스를 이용하여 실리콘 박막을 증착하였고, 수소의 희석비(dilution ratio)를 변화시켜 비정질 실리콘 박막 내에 결정질 실리콘이 형성되는 정도를 관찰하였다. SEM과 Raman Spectroscopy를 이용해 박막의 두께 및 결정화도를 측정하였다. 실란에 대한 수소의 희석비가 증가할수록 증착률은 낮아지지만, 결정화도가 높아지는 것을 관찰할 수 있었다. 본 연구에서 형성한 결정질 실리콘 박막을 태양전지의 흡수층에 적용하면 효율 증가에 크게 기여할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2007.04a
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• pp.141-142
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• 2007

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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.470.2-470.2
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• 2014

RF-PECVD 장치에 의해 증착된 실리콘 질화막(SiNx)은 결정질 실리콘 태양전지에서 반사 방지막 효과 및 우수한 표면 패시베이션 특성을 제공하는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 실리콘 질화막의 패시베이션 특성을 향상시키기 위해서 공정온도를 $400^{\circ}C$로 고정하고 공정압력, 가스비, RF (radio frequency) power를 가변하였다. 이 때의 실리콘 질화막의 굴절률 및 두께는 각각 2.0, 80 nm로 증착하여 그에 따른 특성에 대해 분석하였다. 공정 압력이 감소할수록 실리콘 질화막이 증착된 결정질 실리콘 태양전지의 유효 반송자 수명이 증가함을 보였고, 반면에 증착속도는 감소하였다. 또한 RF-power 500 W에서 실리콘 질화막이 증착된 결정질 실리콘 태양전지의 유효 반송자 수명이 상대적으로 높았으며 출력이 올라갈수록 증착속도가 증가하였다. 결과적으로 결정질 실리콘 태양전지에 증착한 실리콘 질화막은 0.8torr 공정 압력과 RF-power 500 W에서 $38.8{\mu}s$로 가장 좋은 유효 반송자 수명을 확인하였다. 위의 결과를 바탕으로 결정질 실리콘 태양전지를 제작하였고 향상된 패시베이션 특성을 갖는 실리콘 질화막의 조건을 찾기 위해서 개방전압(open circuit voltage)을 비교하였다. 공정압력 0.8 torr, RF-power 500 W에서 가장 높은 결과를 보였으며 이는 유효 반송자 수명과 유사한 결과를 나타냈다. 하지만 낮은 FF (fill factor)로 인해 변환 효율이 낮은 결과를 보였다. 태양전지 제작시 낮은 fill factor를 보인 이유와 위의 단점을 보완하기 위해 추가 실험을 수행하였으며, 개선된 fill factor를 통해 18.3% 효율의 태양전지를 제작하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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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.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.12.1-12.1
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• 2011

최근 p-type 결정질 실리콘 태양전지의 광열화현상(light induced degradation)에 대한 관심이 높아지면서, 이를 해결하기 위한 많은 연구들이 수행되고 있다. 본 연구에서는 LID 현상을 원천적으로 제거 할수 있는 n-type 기판을 이용하여, 상업적으로 양산화 가능한 공정을 도입하고, 시뮬레이션을 통하여 고효율화 방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 일반적인 p-type 결정질 실리콘 태양전지 제작 공정을 사용하여 알루미늄이 도핑된 후면 에미터 구조의 n-type 결정질 실리콘 태양전지를 제작하였으며, PC1D 시뮬레이션을 통해서 n+/n/p+구조의 n-type 결정질 실리콘 태양전지의 에너지 변환 효율 향상을 위한 방안을 제시하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.283-283
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• 2010

17~18% 대역의 고효율 결정질실리콘 태양전지를 양산하기 위하여 국내외에서 다양한 연구개발이 수행되고 있으며 국내 다결정실리콘 태양전지 양산에서도 새로운 구조와 개념에 입각한 공정기술과 관련 장비의 국산화에 집중적인 투자를 진행하고 있다. 주지하는 바와 같이, 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 태양전지 양산이 요구되고 있는 현실에서 광전효율 개선 위해 가장 우선적으로 고려되어야 할 변수는 입력 태양광스펙트럼에 대한 결정질 실리콘 표면반사율을 최소화하여 광흡수를 극대화하는 것이라 할 수 있다. 현재까지 다결정 실리콘 표면을 화학적으로 혹은 플라즈마이온으로 50-100nm 직경의 바늘형 피라미드형상으로 texturing 함으로 단파장대역에서 광반사율의 감소를 기대할 수 있기 때문에 결정질실리콘 태양전지효율 개선에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 고효율 다결정실리콘 태양전지 양산공정에 적용하기 위해 마스크를 사용하지 않는, RIE기반 건식 저반사율 결정질실리콘 표면 texturing 패턴연구를 수행하였다. 마스크없이 표면 texturing이 완료된 시료들에 대하여 A1.5G 표준태양광스펙트럼의 300-1100nm 파장대역에서 반사율과 minority carrier들의 life time 분포를 측정하고 검토하여 공정조건을 최적화 하였다. 저반사율의 건식 결정질실리콘 표면 texturing에 가장 적합한 플라즈마파워는 100W 내외로 낮았고 $SF_6/O_2$ 혼합비율은 0.8~0.9 범위엿다. 본 연구에서 확인된 최적의 texturing을 위한 플라즈마공정 조건은 이온에 의한 Si표면원자들의 스퍼터링과 화학반응에 의한 증착이 교차하는 상태로서 확인된 최저 평균반사율은 ~14% 내외였고 p-형 결정질실리콘 표면 texturing 패턴과 minority carrier의 life time 상관는 단결정이 16uS대역에서 14uS대역으로 감소하는 반면에서 다결정은 1.6uS대역에서 1.7uS대역으로 오히려 미세한 증가를 보여 다결정 웨이퍼생산과정에서 발생하는 saw-damage 제거의 긍정적 효과와 texturing공정의 표면 결함발생에 의한 부정적 효과가 상쇄되어 큰 변화를 보이지 않는 것으로 해석된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.299-299
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• 2010

태양전지 셀에서 표면 반사에 의한 태양광 손실을 보다 적게 하여 흡수량 증가시킬 필요가 있다. 태양전지에서 생성된 전자 정공 수집 향상을 위해 금속 재질로 이루어진 그리드 전극을 사용한다. 이때 금속 그리드에 입사되는 태양광은 대부분 반사되어 입사광의 손실로 이어진다. 본 연구에서는 결정질 실리콘 태양전지에서 표면 그리드에 의한 광학적 손실을 반사율을 통해 확인하였고 양자효율을 측정하여 보았다. 결정질 실리콘 태양전지 표면 반사율 측정은 적분구를 사용하였고, 측정에 사용된 태양전지 샘플은 일반적인 구조의 결정질 실리콘 태양전지이다. 실험은 표면 그리드 공정 전 후의 샘플로 실험을 진행하였고, 셀의 표면 균일도에 의한 확인을 위하여 동일한 면적 비율의 입사광을 조사하여 반복 실험을 하였다. 양자효율 측정은 광학 초퍼를 통한 광원과 분광기 및 검출기를 포함하는 태양전지 특성 분석 장치를 사용하였다. 그 결과 특정 파장 대역에서 그리드의 유무에 따른 반사율의 변화와 이에 따른 양자효율의 변화를 통하여 그리드에 의한 결정질 실리콘 태양전지의 특성변화에 대해 알아보았다.