• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.317-317
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• 2014

본 연구에서는 이종접합 태양전지의 효율 증가를 위해서 초박 두께의 LiF 유전체 층을 후면에 증착하였다. 유전체 LiF층은 금속 전극의 Schottky barrier와 일 함수를 dipole moment를 통해 낮추게 되고 더 높은 전하 주입을 유도하여 장파장대에서 양자 효율을 높인다. 최적화된 20nm 두께의 LiF층은 후면에 ITO가 증착된 이종접합 태양전지와 ITO가 없는 태양전지에 각각 적용하였다. ITO층이 없는 이종접합 태양전지는 690 mV의 개방전압, 33.62 mA/cm2의 단락전류와 17.13 %의 효율을 보였으며 ITO층이 증착된 태양전지에서는 688 mV의 개방전압, 32.73 mA/cm2의 단락전류 그리고 16.83%의 효율을 보였다. QE와 단락전류에서의 개선은 장파장대에서의 광전하 수집이 기인한 것으로 보인다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.375-375
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• 2012

최근 차세대 평판 디스플레이의 응용에 많은 주목을 받고 있는 AMOLED의 경우 전류구동 방식이기 때문에 a-Si TFT 보다는 LTPS-TFT가 요구되며, 대면적 기판에서의 결정립 크기의 균일도가 매우 중요한 인자이다. 비정질 실리콘 박막 상부 혹은 하부에 도전층을 개재하고, 상기도전층에 전계를 인가하여 그것의 주울 가열에 의해 발생한 고열에 의해 비정질 실리콘 박막을 급속 고온 고상 결정화하는 방법에 관한 기술인 JIC (Joule-heating Induced Crystallization) 결정화 공정은 기판 전체를 한번에 결정화 하는 방법이다. JIC 결정화 공정에 의하여 제조된 JIC poly-Si은 결정립 크기의 균일성이 우수하며 상온에서 수 micro-second내에 결정화를 수행하는 것이 가능하고 공정적인 측면에서도 별도의 열처리 Chamber가 필요하지 않는 장점을 가지고 있다. 그러나 고온 고속 열처리 방법인 JIC 결정화 공정을 수행 하면 Arc에 의하여 시편이 파괴되는 현상이 발견되었다. 본 연구에서는 Arc현상의 원인을 파악하기 위해 전압 인가 조건 및 시편 구조 조건을 변수로 결정화실험을 진행하였다. ARC가 발생하는 Si층과 Electrode 계면을 식각 분리하여 Electrode와 Si층 사이의 계면이 형성되지 않는 조건에서 전계를 인가하는 실험을 통하여 JIC 결정화 공정 중 고온에 도달하게 되면, a-Si층이 변형되어 형성된 poly-Si층이 전도성을 띄게 되고 인가된 전압이 도전층과 Poly-Si 사이에 위치한 $SiO_2$의 절연파괴(Dielectric breakdown)전압보다 높을 경우 전압 인가 방향에 수직으로 $SiO_2$가 절연 파괴되며 면저항 형태의 전도층의 단락이 진행되며 전도층이 완전히 단락되는 순간 Arc가 발생한다는 것을 관찰 할 수 있었다. 본 실험의 연구 결과를 바탕으로 Arc 발생을 방지하는 다양한 구조의 Equi-Potential 방법이 개발되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.110.2-110.2
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• 2011

일본 Sanyo 사에 의해서 획기적으로 HIT 태양전지가 개발된 바 있다. 이러한 HIT 태양전지는 기존의 확산-접합 Si 태양전지에 비해서 저비용 고효율의 장점을 갖는다: 22% 이상의 변환효율, $200^{\circ}C$ 이하의 공정온도, 낮은 태양전지 온도 의존도, 높은 개방전압. 한편 Sanyo사의 HIT 태양전지는 n-형 Si 웨이퍼를 이용한 반면에, 최근 미국 National Renewable Energy Laboratory는 p-형 Si 웨이퍼를 이용해서 변환효율 19% 대의 HIT 태양전지를 개발한 바 있다. 그 동안 지속적으로 p-형 Si HIT 태양전지를 고효율화하기(< 22%) 위해서 많은 노력이 진행되어 왔지만 이와 같은 노력에도 불구하고 아직 p-형 HIT는 n-형 HIT 태양전지에 비해서 다소 성능면에서 떨어져 있다. 본 연구는 n- 및 p-형 실리콘 웨이퍼로 구성된 HIT 태양전지의 물리적인 차이점에 초점을 맞추고, 결정 및 비정질 실리콘 층의 역할에 대해서 연구하였다. 특히 태양전지 효율을 향상시키는 요소들로서 결정 실리콘의 불순물 준위(n- 및 p-형) 또는 비저항, 비정질 실리콘으로 구성된 emitter 층, intrinsic 층, 경계면이 고려되었다. 그리고 이러한 요소들이 HIT 태양전지에 미치는 영향을 조사하기 위해서 AMPS-1D 컴퓨터 프로그램을 사용하였고, 이를 통해서 HIT 태양전지의 결정 및 비정질 실리콘 층의 역할을 물리적 정량적으로 분석하였다. 본 연구에 적용되는 HIT는 ITO/a-Si:H(p+)/a-Si:H(i)/c-Si(n)/a-Si:H(i)/a-Si:H(n+) 및 ITO/a-Si:H(n+)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/a-Si:H(i)/a-Si:H(p+)의 구조로서 다음과 같은 태양전지 특성을 갖는다: n-형 HIT의 경우, fill factor ~ 0.78, 단락전류밀도 ~ 38.1 $mA/cm^2$, 개방전압 0.74 V, 변환효율 22.3 % (그리고 p-형 HIT의 경우, fill factor ~ 0.76, 단락전류밀도 ~ 36.5 $mA/cm^2$, 개방전압 0.69 V, 변환효율 19.4 %).

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.333-333
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• 2016

현재까지 가장 높은 광전류 변환 효율을 나타내는 III-V 화합물 반도체의 다중접합 태양전지 대신 이보다 단순한 에피구조를 가진 단일셀 이종접합구조의 태양전지를 제안하였다. 이를 한국나노 기술원에서 MOCVD(Metalorganic Vapour Phase Epitaxy) 장비를 이용하여 에피구조를 성장하고 태양 전지를 제작해 그 특성을 조사하였다. 태양 전지는 서로 다른 orientation의 두 GaAs 기판에 각각 동일한 에피 구조로 성장되었다. GaAs 기판은 Si 도핑된 n-type 기판으로 (100) 표면이 <111>A 방향으로 2도 off 된 웨이퍼와 10도 off 된 웨이퍼가 사용되었다. 연구에서 시뮬레이션에 사용된 태양전지의 에피 구조는 맨 위 p-GaAs (p-contact 층), p-InAlP, p-InGaP의 광흡수층과 N-InAlGaP 층과 아래의 n-InAlP와 n-GaAs의 n-contact층으로 이루어져있다.태양전지는 $5mm{\times}5mm$의 면적을 가지고 있다. 그림 1은 전류-전압의 측정된 결과를 나타낸 그래프이다. 태양전지는 1 sun 조건하에서 probe를 이용해 측정되었다. 2도 off GaAs 기판 위에 성장시킨 태양전지에서는 3.7mA의 단락전류값이, 10도$^{\circ}$ off 인 샘플에서는 4.7mA의 단락전류값이 측정되었다. 반면에 전류-전압곡선으로부터 얻은 10도 off 인 태양전지의 직렬 저항값은 2도 off 인 태양전지의 약4배 정도로 나타났다. 이는 기판의 결정방향에 따라 태양전지의 내부 전하 transport에 차이가 있음을 나타낸다. TLM (Transmission Line Model) 방법에 의한 p-contact의 ohmic저항 측정에서도 이와 일치하는 결과를 얻었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.684-685
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• 2013

p-형 반도체인 Cu(In,Ga)$Se_2$ (CIGS) 광 흡수 층은 이보다 에너지 밴드 간격이 큰 n-형 반도체와 이종 접합을 형성한다. 흡수층과 윈도우층 사이의 결정구조 차이와 밴드갭 에너지 차이를 완화시키기 위해 버퍼층이 필요하다. 버퍼층을 형성하는 물질로 화학적 용액 성장법(Chemical Bath deposition)을 사용한 CdS가 많이 적용되어 왔으나 Cd의 유해성 및 습식 공정으로 인한 연속공정에 대한 어려움이 있다. 따라서 버퍼층을 Cd을 포함하지 않는 ZnS, $In_2S_3$, (Zn, Mg)O 등과 같은 물질로 대체하여 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition), 펄스레이져증착법(Pulsed Laser Deposition), 스퍼터링(sputtering) 등과 같은 건식으로 성장시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 $ZnO_{1-x}S_x$ ($0.2{\leq}x{\leq}0.4$)를 반응성 스퍼터링으로 증착하여 큰 밴드갭 에너지와 높은 광투과율를 갖는 버퍼층을 제작하였다. CIGS 박막의 손상을 줄여주기 위하여 RF 파워는 240, 200, 150, 100 W로 변화시켰다. CIGS 태양전지의 I-V 측정 결과, RF 파워가 150 W일 때 10.7%의 가장 높은 변환 효율을 보였고, 150 W 이상에서는 파워가 증가할 때 단락전류는 감소하였으며 개방전압은 다소 증가하였다. 반면 100 W에서 단락전류는 다소 증가하는 것에 반해 개방 전압이 급격히 낮아졌다. 이것은 파워에 따라 결합되는 산소의 양이 다르기 때문으로 생각된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.421.2-421.2
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• 2016

고효율 태양전지에서 후면 반사 방지막은 장파장대(900nm~1200nm) 빛의 내부 반사를 증가시켜 광흡수도를 개선한다. 태양전지 후면에 박형 절연층 구조를 구성함으로써 특정 파장에서 높은 반사도를 얻을 수 있는 Bragg mirror 구조를 이론적으로 계산할 수 있다. Bragg mirror 구조를 이용하여 태양전지의 후면 반사층(Rear reflector layer)을 형성함으로써 태양전지 내부의 광흡수도를 개선할 수 있다. 후면 반사 방지막(Rear anti-reflection coating)으로 사용되는 Al2O3와 SiOxNy 또는 이러한 두 가지 물질의 겹층 구조를 구성하여 장파장대 빛의 반사도 차이에 의한 광흡수도 개선 정도를 광학 시뮬레이션을 통해 계산하였다. 광학 시뮬레이션은 TCAD를 이용하였으며 두 가지 겹층 구조에서 각 반사 방지막의 두께에 따른 단락 전류(Jsc)의 개선 정도, 후면 반사층 두께의 최적화 조건을 계산하였다. 후면 반사방지막을 제외한 기본적인 태양전지 구조는 n-type PERC 구조를 사용하였으며, 후면 반사방지막만의 광학적 특성을 살펴보기 위해 전극은 광학적으로 투명하다고 가정하였다. 반사방지막 두께의 범위는 Al2O3(5-30nm), SiNx(150-300nm), SiOxNy(150-300nm)에서 수행하였으며, 각각 1nm, 2nm 간격으로 진행하였다. Al2O3/SiOxNy 구조에서는 단락 전류가 32.45-32.87mA/cm2 값을 가진다. Al2O3/SiNx 구조에서는 단락 전류가 32.59-32.87mA/cm2 값을 가진다. 결론적으로, 후면 반사방지막의 겹층 구조를 통해 광흡수도를 증가 시킬 수 있으며, TCAD 시뮬레이션을 통하여 입사되는 태양광 스펙트럼에 최적화된 구조를 설계할 수 있다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권1호
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• pp.81-85
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• 2015

본 연구에서는 Poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT):[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester (PCBM)과 GaN를 이용하여 유무기 하이브리드 광전변환소자를 제작함에 있어서, P3HT:PCBM 활성층의 열처리가 소자의 단락전류밀도에 미치는 영향을 알아보았으며 이때 유기물의 농도와 혼합비율을 달리 하였다. 유기물 각각의 층을 코팅하여 층을 만들 때마다 열처리 한 경우, 즉 pre-annealing샘플과 pre-annealing 과정을 거쳐 제작된 소자 전체를 한 번 더 열처리하여 즉 post-annealing까지 행한 샘플을 비교하였다. 그 결과 post-annealing한 샘플이 더 높은 단락전류밀도의 값을 가졌고 이때 P3HT와 PCBM은 1wt%와 1:1 혼합비율에서 좋은 열처리 효과를 나타내었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.123.1-123.1
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• 2011

기존의 p-type 태양전지 공정과 유사한 공정으로 제작되는 n-type $ALU^+$태양전지는 후면에 Al을 screen printing하여 emitter층을 형성한 구조이다. screen printing은 공정의 단순화와 제조 단가의 저비용으로 인해, metalization 공정에서 많이 쓰이고 있다. 본 연구에서는 양산 가능한 n-type $ALU^+$태양전지 제작을 위해, 후면 Al emitter 층을 single, dobule, triple로 변경하며 Al의 양을 가변하였고, 그에 따른 특성의 변화를 연구하였다. screen printing 횟수가 변경된 후면 Al emitter 층의 특성은 DIV와 LIV 측정을 통해 분석하였다. 실험 결과 Al을 single printing 하였을 때보다, double, triple printing을 통하여 Al의 양을 증가하였을 때, DIV 데이터에서 직렬저항(Rs)가 $24.44{\Omega}/cm^2$에서 $0.31{\Omega}/cm^2$으로 감소하였고, 단락전류(Jsc)는 1.26mA/$cm^2$에서 37.7mA/$cm^2$으로 약 300% 증가한 것을 확인할 수 있었다. 프린팅 횟수에 따른 LIV 데이터의 Fill Factor를 분석하게 되면, double printing이 64.35%로 54.75%의 triple printing보다 약 1.17배 더 향상된 것으로 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 후면 Al emitter 형성시에 Al의 양이 적절하지 못한 이유로, Al emitter가 제대로 형성되지 못하거나 과하게 형성되면, 태양전지 내부에 누설 저항의 변화와 누설 전류의 증가로 인해, 단락전류(Jsc)와 Fill Factor 감소의 주요 원인이 된다는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.114.2-114.2
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• 2011

비정질 실리콘 박막 태양전지연구에 일반적으로 사용되고 있는 ASA (Advanced Semicon ductor Analysis) simulation을 이용하여 TCO/p에 삽입될 버퍼층의 최적 구조를 설계해보았다. 기본적인 p,i,n층 단일막 data 값을 고정시켜 버퍼층의 광학적 밴드갭을 1.75~1.95eV, 활성화 에너지를 0.3~0.4eV, 두께를 5~15nm로 가변해 보았다. 첫 번째로 동일한 활성화 에너지를 갖는 버퍼층의 광학적 밴드갭을 증가 시켰을 경우 built-in potential이 증가하였으며 이는 개방전압의 증가로 이어졌다. 두 번째로 활성화 에너지가 작은 경우 큰 경우에 비하여 Conduction-band와 Fermi-level의 차이가 증가 하게 되어 활성화 에너지가 큰 경우에 비해 높은 built-in potential을 얻을 수 있었다. 또한 버퍼층과 p층의 접합부분에서의 barrier가 활성화 에너지의 차이를 줄일수록 감소 함 을 알 수 있었다. 장벽의 감소로 정공의 흐름을 방해하는 요소가 줄어들었고 효율도 증가하였다. 마지막으로 버퍼층 두께가 두꺼워 질수록 박막 내에서 빛 흡수가 많아지게 되어 광 흡수층으로 가야할 빛의 양이 줄어들게 되어 단락전류값이 감소하는 것을 알 수 있었다. Simulation결과 버퍼층의 광학적 밴드갭이 1.95eV로 크고 활성화 에너지가 0.3eV이하로 p층에 비하여 낮으며 두께가 5nm로 얇을수록 좋다는 결과를 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.349-349
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• 2014

ITO는 결정질 실리콘 태양전지의 anti-reflection coating (ARC) 층으로써 적합한 물질이다. ARC layer로써 구조적, 전기적 그리고 광학적 최적 조건의 특성을 얻기 위해는 높은 figure of merit(FOM)를 가져야 하고 결정방향 제어를 해야 한다. 본 연구에서는 결정질 실리콘 태양전지에 가장 적합한 ITO ARC layer의 특성 찾기 위해 Radio frequency magnetron sputter를 이용하여 공정 조건가변 실험을 진행 하였으며 높은 FOM을 갖는 ITO 반사방지막을 shallow emitter형 결정질 실리콘 태양전지에 적용하였으며 ITO 박막은 shallow emitter층과 완벽한 ohmic 접합을 이루었다. ITO ARC layer를 적용한 Shallow emitter형 태양전지는 81.59%의 fill factor와 $35.52mA/cm^2$의 단락전류를 보이며 17.27%의 광변환 효율을 보였다.