• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.334.1-334.1
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• 2016

다른 재료에 비해 에너지 변환 효율의 관점에서 높은 경쟁력을 가진 결정질 실리콘은 지난 수십 년 동안 그 특성이 태양전지 분야에 널리 이용되어 왔다. 하지만 결정질 실리콘 웨이퍼는 일반적으로 제조 단계에서 많은 양의 에너지를 소비하고 절단 단계에서 절단 손실(Kerf-loss)이 발생된다. Epoxy Resin을 이용한 Kerf-less Wafering은 초박형 실리콘 웨이퍼 제조 기술 중 하나로, 비교적 간단한 장비와 공정을 통하여 절단 손실 없이 $50{\mu}m$이하의 초박형 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있는 기술이다. 실리콘과 Epoxy Resin 간의 열팽창 계수 차이를 이용하여 초박형 실리콘을 박리 시키는 기술로, 실리콘 기판 위에 Epoxy Resin으로 stress inducing layer를 올려 공정을 진행한다. stress inducing layer를 경화시키는 열처리가 끝나고 급냉되는 과정에서 stress inducing layer에 의해 실리콘 기판에 큰 응력이 가해지게 되고 실리콘 기판에 crack이 발생된다. 공정이 계속 됨에 따라 발생된 crack은 실리콘 표면과 평행한 방향으로 전파 되고 초박형 실리콘 layer가 실리콘 기판에서 박리 된다. 본 실험에서 중요한 공정 변수로는 stress inducing layer의 구성성분 및 두께, 열처리 온도 및 시간, cooling rate 등이 있다. 이러한 공정 변수들을 조절 하여 Epoxy Resin을 이용하여 $100{\mu}m$ 이하의 박리된 wafer를 얻을 수 있었다. 박리된 wafer의 단면과 두께를 Scanning Electron Microscopy(SEM)을 통해 관찰 하였고, 이를 통해 초박형 실리콘 박리 공정에 대한 연구를 진행하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.450-450
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• 2009

최근 전세계적으로 태양전지의 대량보급에 따라 실리콘 원료의 공급에 차질이 생겨 원자재 값이 상승하는 추세에 있다. 결정질 실리콘 태양전지의 제조비용중 실리콘 재료 및 웨이퍼가 차지하는 비율은 약 50~60%정도로 높기 때문에 실리콘 웨이퍼의 두께를 감소시키는 것이 비용절감을 위한 효과적인 방법으로 기대되고 있다. 그러나 실리콘 웨이퍼의 두께가 앓아질수록 제조공정중 균열이나 파손이 발생할 가능성이 높아지기 때문에 이에 따른 실리콘 웨이퍼의 기계적 물성에 대한 연구가 필수적이라 할 수 있다. 본 연구에서는 현재 상용으로 사용되고 있는 크기가 5 인치인 $200{\mu}m$ 두께의 실리콘웨이퍼 (As-saw)를 약 80여개의 시편으로 절단한 후 각각의 파단강도를 부위별로 측정하였다. 또한 표면절단결함을 제거하는 saw damage etching(SDE) 시간을 제어하여 두께가 $150{\mu}m$, $130{\mu}m$인 웨이퍼를 준비하였다. 이들 시험편에 대해서도 부위별 파단강도를 측정하여 as-saw상태의 시험편과 비교하였다. 파단강도 측정은 4 접 굽힘시험을 통하여 측정하였으며 파단면은 주사전자현미경을 통하여 관찰하였다. 또한 실리콘 웨이퍼의 미세균열을 비파괴적으로 검출하기 위하여 100MHz 고주파수를 이용하는 초음파현미경(SAM, scanning acoustic microscope)을 이용하여 균열의 분포를 영상화하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.63.2-63.2
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• 2011

결정질 실리콘 웨이퍼를 이용한 고효율 태양전지를 제작하기 위해서는 반드시 고려해야 할 주요 인자들이 있다. 그 중에서도 Base resistivity, Thickness, Doping concentration, Texture size, Texture angle등의 주요 인자를 PC1D 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 최적화 해 보았다. 그 결과, Base resistivity값은 낮을수록 좋으나 지나치게 낮을 경우 재결합으로 인해 효율이 떨어지기 때문에 Base resistivity = $1{\Omega}{\cdot}cm$에서 최대 효율을 얻을 수 있었다. 또한, Thickness는 두꺼울수록 R=${\rho}$(L/A)의 식에 의해 직렬저항이 증가하여 효율이 감소하므로 Thickness = $200{\mu}m$ 정도가 적정 값임을 확인할 수 있었다. Doping concentration의 경우 높을수록 재결합으로 인해 효율이 떨어지며 Doping concentration = $3.69{\times}10^{-20}cm^{-3}$에서 가장 좋은 효율을 보였다. Textrure size와 Textrure angle은 그 값이 클수록 빛의 흡수 정도가 증가해 효율이 증가함을 볼 수 있었고 Textrure size = $2{\sim}4{\mu}m$, Texture angle = $79^{\circ}$에서 높은 효율을 보여주었다. 이와 같은 조건에서 고효율 태양전지를 제작을 위한 시뮬레이션을 한 결과, 16.23%의 변환효율을 얻을 수 있었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.41 no.5
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• pp.365-372
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• 2017

Finger electrodes on a crystalline silicon solar cell are required to be constructed as narrow and thick as possible in order to minimize shading losses and electrical resistance. The most common means to construct high-aspect ratio finger electrodes has been screen-printing, but it has difficulty achieving fine finger electrodes because the as-printed finger width is generally wider by 1.3-2.2 times the screen opening width. Consequently, it requires an extremely small screen opening (below $30{\mu}m$) in order to achieve a finger width below $40{\mu}m$. However, the use of such a small screen opening could result in various problems, such as high printing pressure, defective transport of silver paste, and high electrical resistance due to unfavorable mesh marks left on the finger electrodes. In this study, dispensing printing with a screw pump is introduced as an alternative to conventional screen-printing and its unique traits in the front side metallization of crystalline silicon solar cells is discussed.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.445.2-445.2
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• 2014

표면 조직화의 목적은 태양전지 표면에서의 입사되는 빛의 반사율을 감소 시키고, 웨이퍼 내에서 빛의 통과 길이를 길게 하며, 흡수되는 빛의 양을 증가시키는 것이다. 본 연구에서는 여러 가지 표면 조직화 공정 기술을 이용하여 표면 형상에 따른 광 변환 효율에 대해 연구하였으며, 셀을 제작하여 전기적 특성과 광학적 특성의 상관관계를 분석하였다. KOH를 이용한 표면 조직화, 산 증기를 이용한 표면 조직화, 반응성 이온 식각을 이용한 표면 조직화, 금속 촉매 반응을 이용한 표면 조직화 공정 기술을 이용하여 표면 조직화 공정을 진행하였다. 셀 제작 결과, 반사도 결과와는 상반되는 결과를 얻을 수 있었다. 표면 조직화 형상에 따른 셀 효율의 변화는 도핑 프로파일과 표면 재결합 속도의 변화 때문이라 생각되며 더 명확한 분석을 위해 양자 효율을 측정하여 분석을 시도하였다. 표면 조직화 공정 기술별 도핑 프로파일을 보면 KOH를 이용한 표면 조직화 공정을 제외한 나머지 표면 조직화 공정들의 도핑 프로파일은 불균일하게 형성되어 있는 것을 확인 할 수 있다. 양자 효율 측정 결과 단파장 대역에서 낮은 응답특성을 가지는 것을 확인 할 수 있었다. 그 이유는 낮은 반사도를 가지는 표면 조직화 공정의 경우 나노사이즈의 구조를 갖기 때문에 균일한 도핑 프로파일을 얻지 못해 전자, 정공의 분리가 제대로 이루어지지 못하였고 표면 재결합 속도증가의 원인으로 단락전류와 개방전압이 낮아져 효율이 떨어진 것으로 판단된다. 결과적으로 낮은 반사율을 갖는 표면 조직화 공정도 중요하지만 표면 조직화 공정 기술에 따른 균일한 도핑 프로파일을 갖는 공정을 개발한다면 단파장 응답도가 향상되어 단락전류밀도와 개방전압 상승효과를 얻을 수 있을 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.315.1-315.1
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• 2013

표면 조직화의 목적은 태양전지 표면에서의 입사되는 빛의 반사율을 감소 시키고, 웨이퍼 내에서 빛의 통과 길이를 길게 하며, 흡수되는 빛의 양을 증가시키는 것이다. 본 연구에는 습식, 건식 표면조직화 방법에 따른 표면 형상과 표면 반사도를 분석 하였으며, 셀을 제작하여 전기적 특성과 광학적 특성의 상관관계를 분석하였다. 표면 조직화 공정은 염기성 용액인 KOH를 이용한 식각 방법과 Ag를 이용한 metal-assisted 식각, 산증기를 이용한 식각, 플라즈마를 이용한 반응성 이온식각을 적용하여 제작하였다. 표면 반사율을 400~1000 nm 사이의 파장에서 측정하였으며 KOH를 이용하여 식각한 샘플이 9.11%의 표면 반사율을 가졌으며 KOH를 이용하여 식각한 표면에 추가로 metal-assisted 식각을 한 샘플이 2%로 가장 낮은 표면 반사율을 보였다. 표면 조직화 후 동일 조건으로 셀을 제작 하여 효율 측정 결과 Ag를 이용한 2단계 metal-assisted chemical 식각이 15.83%의 가장 낮은 광변환 효율을 보였으며 RIE를 이용한 2단계 반응성 이온 식각공정이 17.78%로 가장 높은 광변환 효율을 보였다. 이 결과는 반사도 결과와 일치 하지 않았다. 표면 조직화 모양에 따른 셀 효율의 변화는 도핑 프로파일과 표면 재결합 속도의 변화 때문이라 생각되며 더 명확한 분석을 위해 양자 효율을 측정하여 분석을 시도하였다. 측정 결과 단파장 대역에서 낮은 응답특성을 가지는 것을 확인 할 수 있었는데 그 이유는 낮은 반사도를 가지는 표면조직화 공정의 경우 나노사이즈의 구조를 갖기 때문에 균일한 도핑 프로파일을 얻지 못해 전자 정공의 분리가 제대로 이루어지지 못하였고 표면 재결합 속도증가의 원인으로 단락전류와 개방전압이 낮아져 효율이 떨어진 것으로 판단된다. 실험 결과 도핑 프로파일의 균일성은 셀 효율 개선을 위해 낮은 표면 반사율 만큼 중요하다는 점을 알게되었다. 낮은 반사율을 갖는 표면조직화 공정도 중요하지만 표면에 따른 균일한 도핑 프로파일을 갖는 공정을 개발한다면 단파장 응답도가 향상되어 단락전류밀도의 상승효과를 얻을 수 있을 것이라 판단된다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.21 no.1
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• pp.62-68
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• 2012

The conversion efficiency of solar cells depending on incident angle of light is important for building-integrated photovoltaics (BIPV) applications. The quantum efficiency is the ratio of the number of charge carriers collected by the solar cell to the number of photons of a given energy shining on the solar cell. The analysis of angle dependence of quantum efficiencies give more information upon the variation of power output of a solar cell by the incident angle of light. The variations in power output of solar cells with increasing angle of incidence is different for the type of cell structures. In this study we present the results of the quantum efficiency measurement of single-crystalline silicon solar cells and a-Si:H thin-film solar cells with the angle of incidence of light. As a result, as the angle of incidence increases in single-crystalline silicon solar cells, quantum efficiency at all wavelength (300~1,100 nm) of light were reduced. But in case of a-Si:H thin-film solar cells, quantum efficiency was increased or maintained at the angle of incidence from 0 degree to about 40 degrees and dramatically decrease at more than 40 degrees in the range of visible light. This results of quantum efficiency with increasing incident angle were caused by haze and interference effects in thin-film structure. Thus, the structural optimization considering incident angle dependence of solar cells is expected to benefit BIPV.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.154-154
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• 2010

표면 passivation 효과향상 기술은 고효율의 결정질 실리콘 태양 전지를 제작하는데 필수적 요소이다. passivation을 통해서 전자와 전공의 재결합 속도를 낮출 수 있어 $V_{oc}$가 상승하고, 전류 값 증가를 통하여 효율 향상의 결과를 얻을 수 있기 때문이다. passivation을 위해서 다양한 각도로 접근하였다. 첫째는 $SiN_x$를 이용한 passivation효과 실험 둘째는 plasma 분위기에서 $N_2O$를 이용한 passivation효과 실험 그리고 마지막으로 RTO를 이용한 passivation 효과를 실험하였다. 첫 번째 실험은 PECVD를 이용하여 $SiN_x$를 증착한 후 굴절률 1.9 2.66으로 가변 한 결과 $SiN_x$ n=2.66에서 $D_{it}=8.82{\times}10^9$ [$cm^{-2}eV^{-1}$]로 우수한 passivation 효과를 얻을 수 있었다. 두 번째 실험에서는 PECVD를 이용해서 $N_2O$ treatment 후 SiON 증착한 샘플을 이용하여 시간 가변에 따른 passivation 효과를 확인하였다. 그 결과 $N_2O$ 50sccm, 100mTorr, 20W, $400^{\circ}C$ 8min 조건에서 가장 우수한 passivation 효과를 관찰할 수 있었다. 마지막 실험은 RTP를 이용하여 $SiO_2$ 박막에 대한 온도, 시간에 따른 passivation효과를 확인하였다. 그 결과 $O_2$ 3L/min $800^{\circ}C$ 2~3nm 3min 공정에서 lifetime이 220us(n형)의 결과를 얻을 수 있었다. 상기 세 실험결과를 태양전지제작에 응용한다면 고효율의 태양전지 제작이 가능할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.400-400
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• 2011

조성에 따른 밴드갭 조절이 용이하고 광흡수율이 결정질, 비결정질 실리콘보다 높으며 황동광 구조를 갖는 CuIn1-xGaxSe2 계 물질은 박막형 태양전지의 광흡수층으로 널리 쓰이고 있다. 기존 동시증발법, 스퍼터링법 등 진공 공정 기반 기술이 갖는 고비용 문제와 대면적화 필요성에 대한 대안으로 비진공 박막 증착법이 활발히 연구되고 있는 가운데, 본 연구에서는 닥터블 레이드 코팅법을 이용하여 상온 및 상압 환경에서 쉽게 전구체 박막을 코팅한 후 열처리함으로써 CuInSe2 박막을 얻을 수 있었다. 고분자로 이루어진 바인더(binder) 물질과 금속 아세테이트 (metal acetate)계 전구체를 용매에 용해시킨 후 이를 도포하고, 추가적인 산화 열처리 과정 (oxidation)을 통해 최근 문제가 되고 있는 잔류탄소층 문제를 해결할 수 있었다. XRD 분석 결과, 금속 전구체들은 산화 과정 통해 금속산화물로 변환되고, 이후 셀렌화(Selenization)과정에서 산소(Oxygen)가 셀레늄(Selenium)으로 치환되는 반응이 일어나는 것으로 관찰되었다. 또한 SEM 분석을 통해 잔류 탄소층이 존재하지 않으며 결정립 크기가 최대 수백nm 정도임을 확인하였다.

• 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.