• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.308-308
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• 2010

태양전지에서는 표면조직화를 통하여 빛을 좀 더 효과적으로 이용하고자 한다. 따라서 표면 조직화를 하지 않은 평면구조의 태양전지와 표면조직화를 실시한 태양전지의 광학적 특성을 TCAD simulation tool인 SILVACO를 이용하여 각각의 구조에 따른 특성을 분석하고자 한다. 이를 위하여 표면조직화를 실시한 구조와 실시하지 않은 구조별로 입사되는 빛의 경로추적, 빛의 세기와 각도, 파장대역별로 생성되는 QE, 그리고 입사된 빛에 의한 광생성 전류 분포와 같은 광학적 특성을 simulation할 뿐만 아니라 이에 따른 개방전압 및 단락전류와 같은 전기적 특성 분석을 통하여 효과적인 표면조직화 구조를 제시하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.701-701
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• 2013

표면조직화는 입사되는 빛의 반사를 줄이고 태양전지 내부에서 빛의 이동거리를 길게하여 효율을 향상시키는 중요한 요소가 된다. 결정질 실리콘 표면 조직화에서 일반적으로 알카리 습식 식각이 많이 사용되며 이 식각 방법으로 반사도를 400~1000 nm의 파장에서 평균 11%까지 줄일 수 있다. 본 논문에서는 빛의 반사를 더 줄여 단락전류를 향상 시키기 위해 기존 NaOH를 이용한 표면 조직화를 수행한 후에 반응성 이온 식각 공정을 적용하는 2단계 표면 조직화 공정을 최적화 하였다. 먼저 NaOH 2%, IPA 7.5%용액에서 $80^{\circ}C$ 유지하면서 35분간 식각을 한 후에 ICP 장치에서 SF6/O2 비율 1:1, 공정 압력 25 mTorr, 시간 200 s로 고정하고 RF 파워를 25~200 W로 변화를 주면서 실험 하였다. 그 결과 마이크로 크기의 피라미드 위에 나노 크기의 피라미드를 형성할 수 있었으며 400~1,000 nm 파장에서 평균 4.96%까지 반사도를 낮출 수 있었다. 기존 알카리 식각 공정에 비해 반사도가 많이 낮아지게 되어 입사되는 빛의 양이 증가함으로서 단락전류가 증가하고 효율이 향상될 것으로 기대된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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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.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제15권11호
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• pp.2439-2443
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• 2011

태양전지를 제작하는데 실리콘기판 표면에서의 광 흡수를 증가시키기 위한 표면조직화를 위해서 염기 용액을 이용한 습식방법을 이용하여 샘플을 제작하였다. 이렇게 준비된 염기성 에칭용액을 이용한 실리콘 웨이퍼의 표면 상태를 관찰하여 광학적 특성과의 연관성을 조사하였다. 표면조직화가 표면 전체적으로 고르게 이루어진 샘플에서 반사도가 낮았으며, 광학적 특성이 좋게 나타났다. 에칭이 과도하게 일어난 샘플에서는 오히려 반사도가 증가하여 광학적 특성이 떨어지는 것을 확인 하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.270-270
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• 2010

결정질 실리콘 태양전지는 표면반사에 의한 광 에너지 손실을 최소화 시키고자 식각을 통한 표면 조직화(texturing)가 이루어진다. 단결정 실리콘 웨이퍼의 경우 알칼리 용액(alkali solution)을 사용하여 이방성 식각(anisotropic etching)을 함으로써 표면에 피라미드를 형성하고 광 포획(light trapping) 효과에 의해 반사율을 줄이게 된다. 그러나 피라미드 형성을 통한 반사율 감소에는 한계를 가지고 있다. Metal assisted etching을 기반으로 한 새로운 형태의 텍스쳐링인 nano texturing은 피라미드가 이루어진 표면에 수많은 nm사이즈의 구조를 형성시킴으로써 표면에서의 반사율을 현저히 감소시킨다. 먼저 $AgNO_3$용액으로 웨이퍼 표면에 Ag입자를 코팅한 후, 그 웨이퍼를 다시 $HF/H_2O_2$ 용액으로 일정시간 동안 식각을 거치게 된다. 그로 인해 표면에는 수 nm 사이즈의 구조물들이 피라미드 위에 생성되고, $AgNO_3$의 농도 및 식각 시간에 따라 그 구조물의 크기 및 굵기가 달라진다. 결과적으로 평균 10%이상의 반사율을 보이던 기존 텍스쳐링 웨이퍼에서 3%이하의 낮은 반사율을 얻을 수 있었다. 또한 이런 nano texturing을 n-emitter 형성 공정 등에 따른 영향과 carrer lifetime에 대하여 연구하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.113-114
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• 2009

기존의 습식 및 건식 표면처리 공정의 단점을 극복하고, 마그네슘 합금의 가장 큰 문제점인 내식성개선을 위해 열화학기상증착(thermal Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 자기조직화 유기 단분자막(Self-Assembled organic Monolayer, SAM)을 제작하여 마그네슘 합금(AZ31)의 내식성을 검토하였다.

• 청정기술
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• 제18권1호
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• pp.43-50
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• 2012

태양전지 제조공정 중 잉곳의 절삭공정 후 진행되는 태양광 실리콘 웨이퍼 세정에 관한 연구를 수행하였다. 태양광 실리콘 웨이퍼는 잉곳의 생산방법에 따라 단결정과 다결정 웨이퍼로 분류되고, 절삭 방법에 따라서는 슬러리로 절삭한 웨이퍼와 다이아몬드 와이어로 절삭한 웨이퍼로 구분할 수 있으며, 이의 방법들에 따라 웨이퍼 표면과 오염원이 달라질 수 있다. 본 연구에서는 세정대상물에 따라 오염원과 웨이퍼 표면의 특성을 관찰하였고 적합한 세정제를 개발하여 물성 및 세정성을 평가하여 적용성을 확인하고자 하였다. 개발된 세정제로 세정한 웨이퍼는 XPS 분석결과 잔류 오염물질이 관찰되지 않았으며, 표면조직화 후 균일한 패턴을 형성함을 확인할 수 있었다. 또한, 개발된 세정제를 웨이퍼 생산현장에서 테스트를 진행하여 기존 세정제보다 우수한 세정결과를 확보하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.404-404
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• 2016

태양전지 제작 시 표면에 피라미드 구조를 형성하면 입사되는 광의 흡수를 높여 광 생성 전류의 향상에 기여한다. 일반적인 KOH를 이용한 습식 표면조직화 공정은 평균 10%의 반사율을 보였으며, 유도 결합 플라즈마를 이용한 RIE 공정은 평균 5.4%의 더 낮은 반사율을 보였다. 그러나 RIE 공정을 이용한 표면조직화는 낮은 반사율과 서브 마이크론 크기의 표면 구조를 만들 수 있지만 플라즈마 조사에 의한 표면 손상이 많이 발생하게 된다. 이러한 표면 손상은 태양전지 제작 시 표면에서 높은 재결합 영역으로 작용하게 되어 포화 전류(saturation currents, $J_0$)를 증가시키고 캐리어 수명(carrier lifetime, ${\tau}$)을 낮추는 결함 요소로 작용한다. 이러한 플라즈마에 의한 표면 손상을 제거하기 위해 HF, HNO3, DI-water를 이용하여 DRE(Damage Remove Etching) 공정을 진행하였다. DRE 공정은 HF : DI-water 솔루션과 HNO3 : HF : DI-water 솔루션의 두 가지 공정을 이용하여 공정 시간을 가변하며 진행하였다. 포화전류($J_0$), 캐리어 수명(${\tau}$), 벌크 캐리어 수명(Bulk ${\tau}$)을 비교를 하기위해 KOH, RIE, RIE + DRE 공정을 진행한 세 가지 샘플로 실험을 진행하였다. DRE 공정을 적용할 경우 공정 시간이 지날수록 반사도가 높아지는 경향을 보였지만, 두 번째의 최적화된 솔루션 공정에서 $2.36E-13A/cm^2$, $42{\mu}s$의 $J_0$, Bulk ${\tau}$값과 가장 높은 $26.4{\mu}s$의 ${\tau}$를 얻을 수 있었다. 이러한 결과는 오제 재결합(auger recombination)이 가장 많이 발생하는 지역인 표면과 불균일한 도핑 영역에서 DRE 공정을 통해 나아진 표면 특성과 균일한 도핑 프로파일을 형성하게 되어 재결합 영역과 $J_0$가 감소 된 것으로 판단된다. 높아진 반사도의 경우 $SiN_x$를 이용한 반사방지막을 통해 표면 반사율을 1% 이내로 내릴 수 있어 보완이 가능하였다. 본 연구에서는 RIE 공정 중 플라즈마에 의해 발생하는 표면 손상 제거를 통하여 캐리어 라이프 타임의 향상된 조건을 찾기 위한 연구를 진행하였으며, 기존 RIE 공정에 비해 반사도의 상승은 있지만 플라즈마로 인한 표면 손상을 제거하여 오제 재결합에 의한 발생하는 $J_0$를 낮출 수 있었고 높은 ${\tau}$값인 $26.4{\mu}s$의 결과를 얻어 추후 태양전지 제작에 향상된 효율을 기대할 수 있을 것으로 기대된다.