• 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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• 2011.05a
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• pp.121.1-121.1
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• 2011

현재 상용화되고 있는 단결정 실리콘 태양전지는 알루미늄 페이스트를 이용하여 후면의 전 영역에 전계를 형성한다. 최근에는 고효율을 얻기 위하여 후면에 패시베이션 효과와 장파장에 대한 반사도를 증가 시키는 SiNx막을 증착 후, 국부적으로 전계를 형성하는 국부 후면 전극(Local back surface field)기술이 연구되고 있다. 본 연구에서는 전면만 텍스쳐 된 단결정 실리콘 웨이퍼를 이용하였다. Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition(PECVD)를 이용하여 전,후면에 SiNx를 증착 하였고 후면의 국부적인 전극 패턴 형성을 위하여 SiNx 식각용 페이스트를 사용한 스크린 프린팅 기술을 이용하였다. 스크린 프린팅을 이용하여 패턴이 형성된 후면에 알루미늄을 인쇄 한 후 Rapid Thermal Process(RTP)를 이용하여 소성 공정 조건을 변화시켰다. 소성 조건 동안 형성되는 후면 전계층은 peak 온도와 승온속도, 냉각 속도에 따라 형상이나 특성이 변화하기 때문에 소성 조건을 변화시키며 국부적 후면 전계 형성의 최적화에 관한 연구를 수행하였다. 패이스트를 이용하여 SiNx를 식각 후 광학 현미경(Optical Microscopy)을 사용하여 SiNx의 식각 유무를 살펴보았고, RTP로 형성된 국부 전계층의 형성 두께, 주변 부분의 형상을 살피기 위해 도핑 영역을 혼합수용액으로 식각하여 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 관찰 하였다. 또한 후면의 특성을 살펴보기 위해 분광 광도계(UV/VIS/NIR Spectrophotometer)를 사용하여 후면 SiNx층의 유무에 따른 반사도를 비교, 측정 하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.54.2-54.2
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• 2009

결정질 실리콘 태양전지의 알루미늄 후면전극이 패시베이션층의 공극을 통하여 확산됨으로써 국부 후면전계(local back surface field)가 형성되는 후면 점접촉 구조를 제조하였으며, 이에 대한 공정조건 및 특성을 연구하였다. 후면 패시베이션층은 실리콘 기판과 금속전극사이에 삽입됨으로써 표면 재결합속도를 낮추고, 후면 반사도를 높여 광흡수 경로를 증가시킬 수 있다. 고가의 사진식각기술 대신에 저가의 단순한 공정인 레이저 식각기술을 사용하여 후면 패시베이션층에 균일하고 잘 정렬된 공극 패턴을 형성할 수 있었다. 레이저 식각 조건 및 소성조건에 따른 Al 확산 국부 후면전계의 단면 형상을 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 관찰하였으며 이에 대한 전기적, 광학적 특성 변화를 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.602-602
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• 2012

TCAD simulation을 이용하여 국부적 후면 접촉 구조를 가지는 단결정 실리콘 태양전지구조를 형성하고 실리콘 기판과 후면 passivation막 사이의 계면 특성 변화에 따른 태양전지의 전기적, 광학적 특성 변화에 대해서 연구하였다. 상기 연구를 진행하기 위하여 process simulator를 이용하여 후면에 국부적인 doped BSF region을 형성하고 device simulator를 이용하여 실리콘 기판과 후면 passivation막 사이의 carrier recombination 특성을 변화시켜 태양전지의 광학적, 전기적 특성을 분석하였다. Carrier recombination velocity의 감소에 따라 국부적 후면 접촉구조를 갖는 태양전지의 특성이 증가하는 것으로 관찰되었다. 이는 후면에서 실리콘과 박막 사잉의 결함이나, dangling bond에 의해서 carrier들이 재결합하는 확률이 줄어듦과 동시에, 후면 전극에서 carrier를 수집할 수 있는 확률이 커지기 때문이며, 800 nm 이상의 장파장영역 광원이 후면 passivation 박막에 의한 reflection으로 이차적인 carrier generation으로 인한 영향으로 판단되며 quantum efficiency 분석으로 규명하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.122.2-122.2
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• 2011

결정질 태양전지 제작에서, passavtion은 표면의 반사도를 줄여주는 반사 방지막의 역할과 표면의 dangling bond를 감소시켜, 표면 재결합 속도를 줄이고 minority carrier lifetime을 증가하는 데 큰 영향을 미친다. 그렇기 때문에 저가형 고효율 태양전지 제작에서 우수한 특성을 가지는 passivation막은 매우 중요한 이슈이다. 본 연구에서는 LBC(local back contact) 구조를 가지는 단결정 태양전지 후면에, 기존의 Full Al-BSF의 passivation 막을 SiNx와 ONO passivation 막으로 각각 대체하여, LBC 구조에서 더 적합한 passivation 막을 찾고자 하였다. SiNx와 ONO passivation 막은 단결정 LBC 구조 태양전지 후면에 각각 형성되었고 $800^{\circ}C$, 20 sec 조건으로 소성되었다. 실험결과는 minority carrier lifetime과 surface recombination velocity로 관찰하였다. 그 결과, SiNx passivation 막의 표면 재결합 속도는 29.7cm/s이고, ONO passivation 막의 표면 재결합 속도는 24.5cm/s로, Full Al-BSF 표면 재결합 속도 750cm/s에 비해 더 적합한 passivation 막으로 확인할 수 있었다. 결과적으로 SiNx,ONO passivation 막이 Full Al-BSF보다 전극에 수집되는 캐리어의 양이 많아짐에 따라 효율향상을 가져올 수 있을 것이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.43.1-43.1
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• 2010

In the crystalline silicon solar cells, the full area aluminum_back surface field(BSF) is routinely achieved through the screen-printing of aluminum paste and rapid firing. It is widely used in the industrial solar cell because of the simple and cost-effective process to suppress the overall recombination at the back surface. However, it still has limitations such as the relatively higher recombination rate and the low-to-moderate reflectance. In addition, it is difficult to apply it to thinner substrate due to wafer bowing. In the recent years, the dielectric back-passivated cell with local back contacts has been developed and implemented to overcome its disadvantages. Although it is successful to gain a lower value of surface recombination velocity(SRV), the series resistance($R_{series}$) becomes even more important than the conventional solar cell. That is, it is a trade off relationship between the SRV and the $R_{series}$ as a function of the contact size, the contact spacing and the geometry of the opening. Therefore it is essential to find the best compromise between them for the high efficiency solar cell. We have investigated the optimal design for the local back contact by using PC1D simulation.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.402-402
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• 2011

본 연구에서는 결정질 태양전지 제작에 있어 재료비 절감과 기존의 Screen Printing 공정 기술에서의 단점을 보완하기 위한 방안으로 후면 passivation 구조와 레이저를 이용한 국부적 후면 전극 형성(Laser Fired Contact) 방법에 대한 실험을 진행하였다. 후면 passivation 층으로 SiO2/ SiNx/SiO2 삼중막 구조와 SiNx 단일막 구조를 형성시킨 후 anneal 온도에 따른 소수캐리어의 lifetime 변화를 비교하였다. LFC 형성은 2 ${\mu}m$ 두께의 Al이 증착된 기판 후면에 1,064 nm 파장의 레이저를 통해 diameter와 dot pitch 등의 파라미터를 가변 하여 실시하였다. 실험 결과 800$^{\circ}C$의 고온 열처리 후 ONO 삼중막에서의 lifetime 향상이 우세하여 SiNx 단일 막 보다 열적 안정성이 우수함을 확인하였다. LFC 결과 diameter가 40, 50, 60 ${\mu}m$로 가변된 조건에서는 40 ${\mu}m$ 일 경우와 dot pitch가 200, 500, 1,000 ${\mu}m$로 가변된 조건에서는 1,000 ${\mu}m$일 경우 610 mV의 Voc 값을 보였다. 이는 레이저를 통해 국부적으로 Al-Si 간 alloy를 형성시킴으로써 접촉 면적이 최소화됨에 따라 후면에서의 캐리어의 재결합속도를 감소시키고, passivation 효과를 극대화시키기 때문이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.55.2-55.2
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• 2010

최근 태양전지에 대한 연구가 본격적으로 진행 중인 가운데 Local back contact 태양전지에 대한 연구가 새로운 이슈로 떠오르고 있다. LBC 구조의 태양전지는 후면 passivation에 대한 최적화 공정이 가장 중요하다. 후면 passivation으로 사용되는 물질로는 $SiO_2$, SiNx, $Al_2O_3$ 등의 산화막이 대표적이다. 본 연구에서는 LBC 구조 태양전지의 후면 passivation 박막으로 사용되는 $SiO_2$ 산화막의 공정가변에 따른 박막의 특성을 비교 분석하였다. $SiO_2$ 성장은 RTP를 사용하였다. 성장 온도 $850^{\circ}C$의 온도에서 진행하였으며, 4L/min의 $O_2$분위기에서 진행하였다. 공정 시간 5분 일 때 12.5nm, 15분 일 때 21.7nm의 두께의 박막을 성장 시킬 수 있었다. Carrier lifetime 확인 결과 박막의 두께가 얇을수록 lifetime이 향상함을 확인 할 수 있었고, C-V 측정을 통한 charge 비교를 통해 두께가 얇은 박막 일수록 더 적은 positive charge를 갖고있는 것을 확인 할 수 있었으며 이를 통해 passivation 효과가 우수함을 확인 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.420-420
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• 2011

결정질 태양전지에서 고효율 달성을 위한 LBC(Local Back Contact) 구조의 중요성이 강조되고 있다. LBC 구조에서 후면 passivation 형성을 위한 SiNX layer를 PECVD로 형성 시, 실리콘 bulk 내로 H+ 원자가 침투하여 Boron과 결합하게 되면 Boron이 bulk 내에서 dopant로 작용을 하지 못하게 되어, 후면에서 p-층을 형성하고, 이는 VOC의 저하를 야기 시킨다. 본 연구에서는 LBC 구조에서 후면 passivation 시 bluk 내 B-H결합으로 인한 태양전지 특성 저하 문제를 해결하기 위해, SiNX를 증착하기 전에 얇은 산화막 barrier를 성장시켜 Bulk 내에 H+ 침투를 최소화 하였다. PECVD를 이용한 N2O 플라즈마 처리, HNO3 Wet Chemical Oxidation의 방법을 통해 substrate와 SiNX 사이에 얇은 oxide 층을 형성하였으며, 각각의 조건에 대해 lifetime 측정을 실시하였다. 그 결과 SiON/SiNx를 이용한 막의 lifetime이 $94.5{\mu}s$로 가장 우수하였고, Reference에 비해 25.4% 증가함을 확인할 수 있었다. 그러나 HNO3/SiNx에서는 30.6%, SiON에서는 84.3% 감소함을 확인하였다. Voc 측정 결과 또한 SiON/SiNx를 이용한 막이 670mV로 가장 우수함을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 LBC구조에서 후면에 얇게 SiON/SiNx막을 형성함으로서 H+이온의 침투를 저지하여 후면 B-H결합을 막아 태양전지 특성 저하를 감소시키는 것을 확인할 수 있었다.

• Laser Solutions
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• v.14 no.3
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• pp.1-6
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• 2011

Globally, the interest of renewable energy has become an upsurge. Especially, the solar industry is the one which is getting rapid growth rate. Many of researchers have been undertaking to improve the efficiency of solar cell to accomplish grid parity. The most of research has been concentrated on two methods, one on the selective emitter and the other is on LBSF (Local Back Surface Field) formation. Laser patterning will be needed to eliminate the thin film to form selective emitter and LBSF of solar cell. This paper reports some experimental results in laser patterning process for high-efficiency crystalline solar cell manufacturing. The experimental results indicate that the patterning quality depends on the average power and repetition rate of laser. The experimental results prove that the laser patterning process is an advantageous method to improve the efficiency of solar cell.