• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.494.1-494.1
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• 2014

태양광은 세계적으로 유망한 에너지 중의 하나이며, 태양광 모듈은 실제 옥외 조건에 따라 다르지만 장기 신뢰성과 수명을 보장하기 위해 최소 20년 이상을 안정적으로 작동될 필요성이 있다. 하지만 실제 태양전지는 옥외에 장기 노출됨에 따라 성능이 저하되며, 그 원인으로는 셀 균열, 부식, 접착 강도 손실 및 박리, 그리고 변색 등이 있다. 본 논문에서는 부식으로 인한 성능 저하를 완화하기 위해 희생금속을 이용하여 태양전지 모듈의 성능 향상에 대해 연구하였다. 태양전지는 4 cell 결정질 실리콘 태양전지 미니 모듈을 이용하였고, 희생금속의 영향을 확인하기 위해 두 종류의 시료를 준비하였다. 한 시료에는 Al 희생금속을 태양전지 리본 위에 부착하였으며, 나머지 한 시료는 비교 시료로 Al 희생금속을 부착하지 않았다. 시료는 $85^{\circ}C$ 85%의 상대습도인 고온고습 조건에서 2500시간을 진행하였다. 그리고 2500시간의 고온고습 시험이 진행된 시료의 전기적 특성을 분석하였다. 시험 결과, 희생금속이 없을 경우 28.8%의 출력 저하가 있었으며, 희생금속이 있을 경우 19.3%의 출력 저하가 확인되었다. 또한, 희생금속이 없을 경우, 충실도는 21.5% 감소하였으며, 단락전류 역시 약 6% 정도 감소하였다. 반면, 희생금속이 있을 경우, 충실도는 16.1%로 감소하였고, 단락전류는 거의 변화가 없었다.

• Bulletin of the Korea Photovoltaic Society
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• v.3 no.2
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• pp.27-41
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• 2017

태양전지 발전단가 저감을 위해 실리콘 웨이퍼의 박형화는 필수적인 기술로 인식되어 지고 있으며 이로 인해 얇아진 웨이퍼의 물리적 두께를 보상하기 위한 광포집 기술이 더욱 중요해 지고 있다. 이러한 배경으로 광흡수 효율을 극대화하기 위한 방법으로 실리콘 나노구조를 활용하는 연구가 국내외에 매우 활발하게 진행되고 있다. 주로 실리콘 나노구조의 효과적인 설계를 통해 광포집 효과를 극대화하는 연구가 많이 진행되고 있으며, 실험을 통해 Lambertian 한계에 근접하는 광학적인 성능을 얻은 결과들도 많이 보고되고 있다. 그러나, 아직 마이크로 스케일의 피라미드를 활용한 고효율 태양전지의 효율을 상회하지는 못하고 있는 실정이다. 본 논문에서는 실리콘 나노구조를 이용한 광포집 효과의 이론적 한계, 이를 극복하기 위한 연구동향, 저비용 나노구조 제조 공정, 결정질 실리콘 태양전지에의 응용을 위한 기술적 이슈에 대해 논의를 하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.92-92
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• 2009

실리콘 기판과 비정질 실리콘 박막 사이의 계면특성은 실리콘 이종접합 태양전지의 효율을 높이는데 있어서 중요한 요소이다. 이종접합 태양전지에서는 n형 실리콘 기판 위에 비정질 실리콘 막을 증착시키는데 이 때 비정질 실리콘 막이 증착되면서 (111)면과 (111)면이 만나는 조직화된 피라미드의 골 사이에서 부분적으로 실리콘의 에피층이 성장하게 된다. 이 에피층이 결정질 실리콘 기판과 비정질 실리콘 막 사이의 계면 특성을 떨어뜨려 이종접합 태양전지의 효율이 감소하게 된다. 본 연구에서는 n형 실리콘 기판을 이용한 고효율 실리콘 이종접합 태양전지 제작을 위하여 실리콘 기판의 조직화 상태를 다르게 하여 셀을 제작하였다. 이에 큰 피라미드 형상의 조직화된 기판 표면, 작은 피라미드 형상의 조직화된 기판 표면, 큰 피라미드 형상을 라운딩 시킨 기판 표면, 작은 피라미드 형상을 라운딩 시킨 기판 표면을 제작하여 기판 종류에 따른 이종접합 태양전지를 제작하여 특성을 비교 하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.123.2-123.2
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• 2011

$ALU^+$ 태양전지는 PN접합을 후면에서 즉, Al을 소성하여 형성시키기 때문에 얼마나 균일하고 두껍게 형성하는 것이 가장 중요하다. 소성(Firing)은 태양전지 제조 과정에서 후면의 접촉을 위한 중요한 공정이다. 본 연구에서는 상업화가 가능한 n-type $ALU^+$ Emitter 태양전지에서 소성 횟수에 따른 특성을 연구 하였다. $ALU^+$ emitter 형성의 최적화를 위해 소성온도를 가변하고, 최적화된 온도에서 소성 횟수에 따른 DIV 측정을 통해 셀을 분석 하였다. 소성 횟수는 1~3회로 하였고, 그 결과 단락전류 밀도(Jsc)가 33.57mA/$cm^2$로 처음보다 15.1%증가 하였고, 곡선인자(Fill Factor)는 3회에서 66.04%로 218%증가 하였다. Al을 짧은 시간 안에 소성을 시키므로 해서 후면의 $P^+$ Emitter가 균일하게 형성되었기 때문에 개방전압(Voc)의 증가를 확인하였다. 본 연구를 통해 $ALU^+$ 태양전지의 후면 Aluminium 소성 조건의 최적화를 통하여 $ALU^+$ emitter가 충분히 형성되지 못하면 누설전류가 발생되고 직렬저항(Rs)이 크게 증가하여 개방전압(Voc) 및 단락전류밀도(Jsc)의 감소가 발생하게 되고, 직렬저항(Rs)의 증가와 병렬저항(Rsh)의 감소는 Fill Factor의 급격한 감소를 초래하게 됨을 알 수 있다. 이를 개선하면 태양전지 효율을 상승시키는 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.596-596
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• 2012

모듈 상태에서의 태양전지 효율에 영향을 주는 외부 요인으로는 풍력과 눈 등의 하중으로 인한 물리적 스트레스와 자외선을 포함하는 광범위한 파장 대역의 빛의 영향 등이 있다. 따라서 본 연구에서는 태양전지의 야외 노출 시간에 따른 소자의 특성 및 효율 변화를 분석하고자 효율이 17.14%인 결정질 태양전지를 18시간 야외에서 노출 시켜 6시간 간격으로 전기적 특성을 분석해 태양전지의 여러 파라미터 변화를 분석하고자 한다. 본 실험에서는 태양전지의 외부 노출에 의한 소자 특성 및 파미미터 변화를 확인하고자 일정 시간 간격으로 노출 된 solar cell에 대한 Dark I-V, Light I-V 측정을 하였다. DIV 측정을 통해 노출 시간이 증가할수록 동일전압 대비 current가 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 역방향 전압에서는 누설전류가 증가함을 확인하였다. Turn-on 전압 감소와 누설전류 증가, 직렬저항의 변화로 인한 소자의 파라미터 변화를 확인하기 위한 LIV 측정에서는 노출 시간 증가에 따라 단락전류 $0.177(mA/cm^2)$, 개방전압 2.699 (mV), 곡선인자 0.5%가 감소하였으며, 소자의 효율도 0.27% 감소하였다. 이처럼 태양전지의 외부 노출은 소자의 파라미터를 감소시키고 최종적으로 소자의 효율을 저해하는 원인이 됨을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.406-406
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• 2011

최근 결정질 실리콘 태양전지 분야에서는 태양전지의 Voc와 Isc의 증가를 통한 효율 향상을 목적으로 후면 passivation 박막에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. Local-Back Contact Cell은 최적화된 후면 passivation 박막을 이용한 태양전지 제조방법이다. 본 연구에서는 고효율의 LBC 태양전지 개발을 위해 Rapid Thermal Oxide(RTO)를 이용한 후면 passivation 박막에 screen printing을 이용한 point contact 구조의 LBC 태양전지를 제작하고 그 특성을 분석하였다. 본 연구에 사용된 RTO 박막은 O2와 N2, 2L/min의 조건에서 $850^{\circ}C$에서 3분 동안 열처리하여 성장시켰다. 이렇게 성장된 박막은 3nm의 두께로 형성되어 passivation 효과를 나타내었으며, carrier lifetime 측정 결과 37.8us의 값을 나타냈다. 전면 ARC형성을 위해 RTO 박막 위에 PECVD를 이용하여 SiNx passivation 처리를 하였고, 그 결과 carrier lifetime은 49.1us까지 향상하였다. 후면의 전극 형성을 위해 screen printing 방법으로 Al point contact을 형성하여 local 한 BSF를 형성 시켰으며, 이후 후면 전극 연결을 위한 방법으로 300nm의 두께로 full Al evaporation 공정을 진행 하였다. 결과적으로 RTO 후면 passivation 박막에 Al point contact 형성을 통해 제작된 태양전지는, Suns-Voc 579mV, FF 82.3%, 16.7%의 효율을 달성하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.07a
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• pp.1293-1294
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• 2007

태양전지는 대표적인 결정질 실리콘 태양전지를 비롯해 다양한 종류가 있지만 모두 입사광의 광량이나 광도에 출력이 의존한다는 점은 공통적이다. 이는 입사광의 에너지를 받아 염료 분자의 여기를 통해 전자를 생산하는 염료감응형 태양전지의 매커니즘에도 적용되는 것이다. 즉, 입사광의 광도나 광량의 값이 클수록 염료감응형 태양전지는 더 높은 출력전력을 생산한다는 의미이다. 본 연구에서는 투명성 때문에 입사광의 투과도가 높은 염료감응형 태양전지의 특성에 착안해 상대전극에 금속박막을 sputtering함으로써 입사광의 반사율을 증가시켜 입사된 광의 에너지를 더 효과적으로 활용할 수 있는 방법을 시도했다. 금속박막의 재료로 니켈, 백금, 은을 대상으로 실험한 결과, 금속박막을 sputtering 하지 않은 경우에 비해 전체적으로 염료감응형 태양전지의 효율이나 전력면에서 개선된 결과를 얻었고 그 중 백금 반사막을 입힌 셀로부터 최대 24.4%의 투과도 감소를 비롯, 11.5%의 출력전력의 증가와 0.4%의 효율 상승을 이끌어냈다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.56.2-56.2
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• 2010

국부적 후면 전극(LBC)형성은 결정질 실리콘 태양전지에서 고효율과 저가화를 동시에 달성할 수 있는 기술이다. 후면 표면 passivation과 국부적 후면 전극 형성을 통해서 후면 재결합 속도를 낮출 수 있고 이를 통해 효율향상을 기대해볼 수 있다. 본 연구에서는 PECVD를 이용한 LBC(local back contact) cell의 후면 passivation 박막을 형성하였고 접합면적에 따른 전기적 특성을 분석해 보았다. LBC cell을 위한 후면 passivation 박막은 PECVD를 이용한 ONO박막을 사용하였고, 후면 opening 형성에 etching paste를 이용하였다. Opening size는 0.4mm,0.5mm,0.7mm로 형성하여 cell을 제작하고 효율을 분석하였다. 실험결과 opening size가 0.4mm일때 전극의 접촉면적이 15.96%, 0.5mm일때 10.22%, 0.7mm일때 5.17%로 형성됨을 확인할 수 있었다. Opening size가 0.4mm일 때 cell의 효율이 가장 우수함을 IQE 및 LIV 결과를 통해 확인 할 수 있었다. 결과적으로 접촉면적이 증가함에 따라 전극에서 수집되는 carrier의 양이 증가하고 셀 효율역시 향상됨을 확인 할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.167-167
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• 2009

결정질실리콘 태양전지를 제조함에 있어 실리콘 기판 내의 금속 불순물들은 소자제작 시에 성능 저하의 원인으로 작용한다. 따라서 본 연구에서는 실리콘 기판에 Cr, Cu, Ni 불순물을 강제 오염시킨 후 태양전지를 제작하여 각각의 불순물에 대한 특성을 조사 하였다. p-type 실리콘 기판을 오염시키기 위해 일정 시간동안 표준용액에 담근 후 질소 분위기에서 열처리 하여 불순물을 확산시켰다. 이후 상용 공정을 이용하여 태양전지를 제작하고 기판내 금속불순물 농도에 따른 태양전지의 동작특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.363-363
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• 2013

태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 부가가치 창출에 어려움이 있으며, 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로는 2 세대 태양전지로 불리는 박막형이 현재의 대안이며, 특히 에너지 변환 효율과 생산 원가에서 장점이 있는 것이 CIGS 박막 태양전지로 판단된다. 화합물반도체 베이스인 CIGS 박막태양전지는 연구실에서는 세계적으로 20.3% 높은 효율을 보고하고 있으며, 모듈급에서도 13% 효율로 생산이 시작되고 있다. 국내에서도 연구실 규모 뿐만 아니라 대면적(모듈급) CIGS 박막태양전지 증착용 장비, 제조공정 등의 기술개발이 진행되고 있다. CIGSe2를 광흡수층으로 하는 CIGSe2 박막 태양전지의 구조는 여러 층의 단위박막(하부전극, 광흡수층, 버퍼층, 상부투명전극)을 순차적으로 형성시켜 만든다. 이중에 소다라임유리를 기판으로 하는 하부전극은 Mo 재료를 스퍼터링 방법으로 증착하여 주로 사용한다. 하부전극은 우수한 전기적 특성이 요구되며, 주상조직으로 성장하여야 하며, 고온 안정성 확보를 위하여 기판과의 밀착성이 좋아야하고 또한 레이저 패턴시 기판에서 잘 떨어져야 하는 특성을 동시에 가져야 한다. 본 연구에서는 대면적 CIGSe2 박막태양전지에서 요구되는 하부전극 Mo 박막의 제작과 그 특성에 대해 평가하고, 최종적으로 대면적 CIGSe2 박막태양전지 공정에 적용 그 결과를 논하고자 한다.