• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.16 no.3
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• pp.161-166
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• 2007

Photovoltaic (PV) technology permits the transformation of solar light directly into electricity. For the last five years, the photovoltaic sector has experienced one of the highest growth rates worldwide (over 30% in 2006) and for the next 20 years, the average production growth rate is estimated to be between 27% and 34% annually. Currently the cost of electricity produced using photovoltaic technology is above that for traditional energy sources, but this is expected to fall with technological progress and more efficient production processes. A large scale production of solar grade silicon material of high purity could supply the world demand at a reasonably lower cost. A shift from crystalline silicon to thin film is expected in the future. The technical limit for the conversion efficiency is about 30%. It is assumed that in 2030 thin films will have a major market share (90%) and the share of crystalline cells will have decreased to 10%. Our research at Sungkyunkwan University of South Korea is confined to crystalline silicon solar cell technology. We aim to develop a technology for low cost production of high efficiency silicon solar cell. We have successfully fabricated silicon solar cells of efficiency more than 16% starting with multicrystalline wafers and that of efficiency more than 17% on single crystalline wafers with screen printing metallization. The process of transformation from the first generation to second generation solar cell should be geared up with the entry of new approaches but still silicon seems to remain as the major material for solar cells for many years to come. Local barriers to the implementation of this technology may also keep continuing up to year 2010 and by that time the cost of the solar cell generated power is expected to be 60 cent per watt. Photovoltaic source could establish itself as a clean and sustainable energy alternate to the ever depleting and polluting non-renewable energy resource.

• Bulletin of the Korea Photovoltaic Society
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• v.1 no.1
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• pp.15-23
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• 2015

실리콘(결정질, 비정질)을 기반으로 하는 태양전지는 현재 태양전지 시장의 약 95% 이상을 차지하고 있다. 양자점 태양전지나 나노 태양전지와 같은 차세대 태양전지 기술들이 개발되고 있으나 향후에도 태양전지 시장에서 실리콘 기반의 태양전지가 차지하는 비율은 과반을 상회할 것으로 예상된다. 본 논문에서는 실리콘 기판을 기반으로 하는 태양전지의 현황과 고효율화 기술 동향 및 향후 전망에 대해 논하려고 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.59.1-59.1
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• 2010

이종접합 구조의 태양전지는 에미터 및 후면전계층으로 비정질 실리콘이 이용되고 있다. 본연구에서는 HWCVD를 이용하여 중성층 비정질 실리콘을 증착(10nm), 패시베이션된 n형 결정질 실리콘을 기판으로 PECVD법으로 에미터 층은 p형 비정질 실리콘을 후면 전계층은 n+형 비정질 실리콘을 증착하여 a-Si:H(p)/c-Si(n)/a-Si:H(n+)의 구조로 에미터 및 후면전계층의 조건에 따른 이종접합 태양전지를 제작, 특성을 분석하였다. 증착시간에 따라 에미터와 후면전계층의 두께를 조절하고 도펀트 가스(B2H6,PH3)의 유량에 따라 도핑 농도를 조절하였다. 공정 변수마다 MCLT 및 Implied Voc를 측정하였고, 태양전지 제작 후 도핑 농도에 따른 충진율을 비교, 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.65.1-65.1
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• 2011

결정질 실리콘 웨이퍼의 전면 재결합 속도, 비저항은 태양전지 특성에 영향을 끼치는 중요한 요소이다. 태양전지의 최종목표인 효율에 미치는 영향을 알아보기 위해 패시베이션 처리된 n-형 웨이퍼를 사용한 태양전지에서 웨이퍼의 비저항과 전면 재결합 속도를 조절하였고 그에 따른 변환 효율과 기본 파라미터 값의 변화를 확인하였다. PC1D를 사용하여 시뮬레이션을 수행하였으며 이론적으로 비저항 = $0.06557{\Omega}{\cdot}cm$, 전면 재결합 속도 = 100cm/s에서 18.46%의 효율을 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.482.1-482.1
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• 2014

고효율 셀 및 생산 단가 절감은 결정질 실리콘 태양전지에서 가장 중요시되고 있는 이슈이다. 그 중 박형 실리콘 웨이퍼를 사용하는 공정은 고효율 및 생산단가의 절감을 만족시킬수 있는 방안으로 개발되고 있으며, 전면 전극 재료인 Ag를 다른 금속 재료로 대체하는 방법 또한 단가 절감을 위한 방안으로 연구가 진행 중이다. 하지만 박형 웨이퍼를 기존 공정에 적용할 시 전후면 전극 형성을 위한 고온의 소성 공정 때문에 웨이퍼의 휨 현상이 문제가 되고 있다. Cu 금속 분말의 저온 분사법을 결정질 실리콘 태양전지 전면전극 형성에 적용할 경우, 박형 실리콘 웨이퍼에 적용하는 문제와 Ag 전극의 대체 전극 사용 문제를 동시에 해결할 수 있는 대안이 될 것으로 사료된다. 본 연구에서는 Cold spray법을 사용하여 결정질 실리콘 태양전지 에미터 위에 Cu 전면 전극을 형성하였으며 반복되는 증착 횟수에 따른 전기적 특성 및 형상학적 특성 등을 평가하였다. 전극 형성 전의 Cu 분말 크기는 1~10 마이크론 이었으며, 주사전자현미경을 이용하여 전극의 형상 및 종횡비를 측정하였다. 또한 transfer length method (TLM) 패턴을 실리콘 웨이퍼 표면에 형성하여 접촉 저항 특성 및 전극의 비저항을 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.308-308
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• 2010

산업의 기반이 되는 화석연료의 고갈과 화석연료의 사용으로 야기되는 환경오염 문제로 인하여 새로운 에너지원의 개발이 요구되고 있다. 이러한 시대적 요구에 부흥하고자 신재생 에너지원에 관한 많은 연구가 진행되고 있으며, 그중에 태양전지가 가장 주목받고 있다. 그러나 태양전지는 기존 전력 생산 방법에 비해 경제성이 낮아 이를 극복하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 결정질 태양전지에 관한 연구가 가장 활발한데 경제성과 변환효율을 향상시키기 위해 태양전지의 전면에 선택적 doping 형성법이 사용되고 있는데, 선택적 doping 구조의 태양전지는 기존의 태양전지보다 변환효율이 높으면서 양산에서 사용 가능한 구조이기 때문에 경제적 측면에서 더 유리한 구조라 할 수 있다. 하지만 선택적 doping 형성을 위한 실험적인 분석 방법에는 많은 시간과 노력이 필요하며 많은 시행착오를 겪어야 한다. 따라서 이러한 시간과 노력을 줄이고 실험을 하기 이전에 결과를 예측하여 실험의 방향을 제시하고자 TCAD simulation을 이용하여 결정질 태양전지의 전면에 형성한 선택적 doping 농도에 따른 pn 접합 형성 구조와 doping profile에 따른 전기적, 광학적 특성을 예측하고 효과적인 특성을 가질 수 있는 구조를 제시하고자 한다. 선택적 doping의 효과를 확인하기 위해 SR로 각 파장별 양자효율의 변화와 전기적 특성을 분석하여 selective emitter 태양전지에 적합한 pn 접합 형성구조를 제시하고자 한다.

• The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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• v.33 no.10
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• pp.23-29
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• 2004

결정질 실리콘 태양 전지로 대표되는 현재의 상업화 기술과 함께 저가화 방안으로 대두되고 있는 차세대 박막 태양 전지의 기술 개발 현황과 그 전망에 대해 소개한다.

• 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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• 2011.08a
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• pp.326-326
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• 2011

최근 다양한 종류의 태양전지의 연구가 수행되고 있으며 그 중 박막형 태양전지 및 웨이퍼 실리콘 기반의 태양전지의 경우 태양전지의 효율 및 생산단가를 충족시키는 것에 연구의 목적이 집중되어 있다. 이러한 사항을 만족시키기 위하여 대면적 PECVD기반의 플라즈마 소스를 적용하려는 연구가 진행되고 있으며 결정질의 실리콘 박막 증착에 있어서 다중접합 태양전지 기준으로 효율 10% 내외를 유지하면서 결정질 기준 증착속도 0.5 nm/sec의 성과를 보이고 있다. 하지만 단위 가격 당 전력 생산 단가의 경쟁력을 확보하기 위하여 증착속도의 고속화에 대한 연구가 더욱 진행되어야 한다. 본 연구에서는 새로운 플라즈마 방전 개념으로서 Gas의 분사되는 Jet을 plasma에 통과시켜 증착속도의 향상을 도모하는 plasma 소스를 제시하였다. 새로운 방전 개념을 이용하여 다양한 공정조건인 압력(3~8 torr), Gas ratio([SiH4]/[H2]), RF power에서의 Plasma의 특성을 확인 하였으며 해당 조건에서의 박막 특성을 확인하여 비정질 기준 3 nm/sec, 결정질 기준 결정화도 약 70%의 조건에서 증착속도 2 nm/sec의 결과를 확인하였다. 또한 해당 조건에서의 효율 및 FF, $V_{oc}$, $I_{sc}$를 확인하여 태양전지로서의 적용가능성을 확인하였다. 마지막으로 해당소스의 대면적 적용가능성을 확인하기 위하여 대면적 plasma 개념의 모델중 하나인 In-line 개념의 plasma source로서의 적용 가능성을 제시하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.599-599
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• 2012

태양광 발전은 태양광의 입사각과 셀 단면이 이루는각도에 따라 출력특성이 변화된다. 따라서 태양의 위치에 따른 출력특성이 바뀌며 이에 의해 발전가능 시간이 변화된다. 더욱이 건재 일체형(BIPV)의 경우 설치 방향을 조절 할 수 없으므로 입사각에 따른 출력특성이 더욱 중요하다. 이와 따라 결정질 태양전지의 입사각에 따른 광학 특성 변화는 태양전지 표면에 형성되는 Texture의 영향을 받는다. 일반적으로 습식 texturing 방법으로는 화학적인 반응을 이용한 WET 공정, 그리고 건식 texturing 방법으로는 플라즈마를 이용한 reactive ion etching (RIE) 공정이 사용된다. 본 연구에서는 RIE, WET 공정을 사용하여 만든 texturing 구조의 결정질 태양전지를 SEM 장비를 이용하여 표면의 형상을 분석하고, 광 입사각에 따른 양자효율의 특성에 대하여 분석하였다.