• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.41.2-41.2
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• 2010

최근 태양전지 제조비용 절감을 위해 초박형 실리콘 태양전지 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이에 따라 후면전계(Back Surface Field, BSF) 특성에 대한 관심이 높아지는 추세이다. 이에 본 연구에서는 후면의 결정방향 및 표면구조에 따라 형성되는 후면전계(BSF)의 특성에 대해 알아보고자 하였다. 후면이 절삭손상층 식각(Saw damage etching) 후 (100)면이 드러난 실리콘 기판과 텍스쳐링(Texturing) 후 (111)면이 드러난 실리콘 기판에 후면 전극을 스크린 인쇄 후 Ramp up rate을 달리 하여 소성 공정(RTP system)을 통해 후면전계(BSF)를 형성하여 비교하였다. 후면전계(BSF)의 형상과 특성만을 평가하기 위하여 염산을 이용하여 후면 전극층을 제거하였다. 후면 전극 제거 후 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy)과 3차원 미세형상측정기(Non-contacting optical profiler)로 후면전계(BSF)의 형상을 비교하였다. 또한 후면전계(BSF)의 특성을 평가하고자 Quasi-Steady-State Photo Conductance(QSSPC)를 사용하여 포화전류(Saturation current, $J_0$)을 측정하였고, 면저항 측정기(4-point probe)로 면저항을 측정하여 비교하였다. 후면 전계(BSF)는 (100)면과 (111)면에서 모두 Ramp up rate이 빠를수록 향상된 특성을 보였고, (111)면에서 더 큰 차이를 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.428-428
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• 2016

Copper indium sulfide (selenide) (CuIn(S,Se)2,CISSe)는 1.0~1.5 eV의 Direct band gap과 105 cm-1이 넘는 큰 광 흡수 계수를 가지고 있어 박막 태양전지의 흡수층으로써 연구되어 왔다. 최근 대량생산 및 저가 공정에 용이하다는 측면에서 용액 공정 기반 CISSe 태양전지 연구가 크게 주목 받고 있다. 용액공정 기반 중 하이드라진을 사용 한 경우 매우 높은 효율을 기록하였으나, 하이드라진 자체의 유독성과 폭발성 때문에 분위기 제어가 필요하고 여전히 저가화 및 대면적 제작에 한계가 있다. 따라서 알코올 솔젤 기반 CISSe 태양전지 제작 연구가 많이 진행되었으나, 결정립 성장 및 칼코겐 원자를 공급하기 위해 불가피하게 황화/셀렌화 후속 열처리 공정을 요구한다. 후속 열처리 공정은 폭발성의 황화수소/황화셀레늄 기체 분위기 제어와 고가의 장비를 필요로 한다. 본 연구에서는 매우 안정적이며 저가 용매인 물과 아민계 첨가제를 이용하여 Cu, In 전구체와 S, Se 이 포함된 Cu-In-S 잉크와 Se잉크를 제작하였다. 잉크 내에 S, Se을 첨가 함으로써 추가적인 후속공정 없이 비활성 가스 분위기에서 고품질의 CISSe 박막 제작을 가능케 하였다. 또한 Se 잉크 증착 횟수에 따른 결정 구조, 광학적 성질의 차이에 주목하였다. 따라서 수계 잉크를 대기 중에서 스핀코팅으로 박막을 제작한 후, Hot plate에서 건조하여 균일한 박막을 제조하고, 제작된 박막을 tube furnace에서 환원 분위기 및 비활성 가스 분위기에서 열처리 진행하여 $1.3{\mu}m$ 두께의 고품질의 CISSe 흡수층을 제작하였다. 이러한 흡수층에 대해 XRD, SEM, EDS 분석을 진행하여, 결정성, 미세구조, 및 조성을 확인하였으며, 제작된 흡수층 위에 버퍼층/투명전극층을 차례로 증착하여 CISSe 태양전지를 제작하여 셀 성능 및 양자 효율 특성을 파악하였다. 또한 액상 Raman 분석을 통해 결정립 성장 과정 메커니즘을 제시하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.312.1-312.1
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• 2014

Chalcopyrite계 화합물 반도체인 $Cu(InGa)Se_2$ (CIGS)는 직접천이형 에너지 밴드갭과 전파장 영역에 대하여 높은 광흡수계수($1{\times}$[10]^5/cm)를 가지므로 두께 $1{\sim}2{\mu}m$인 박막형태으로 고효율의 태양전지 제조가 가능하다. 또한, 박막공정의 저가 가능성을 나타내면서 전세계적으로 많은 연구와 관심을 받고 있고, 현재 상용화되어 있는 결정질실리콘 태양전지를 대체할만한 재료로 주목 받고 있다. 일반적으로, CIGS박막형 태양전지 구성은는 유리를 기판으로 하여 5개의 단위 박막인 Mo 후면전극, p형 반도체 CIGS 광흡수층, n형 반도체 CdS 버퍼층, doped-ZnO 상부 투명전극, $MgF_2$ 반사방지막으로 이루어진다. 이들 중에서 태양전지의 에너지 변환효율에 결정적인 영향을 미치는 구성된다. CIGS 광흡수층의 제조는 크게 진공법과 비진공방법으로 나뉜다. 현재까지 보고된 문헌에 따르면 CIGS 박막형 태양전지의 경우에 동시증발법으로 20.3%의 에너지 변환효율을 보였지만,는데, 이는 진공장비 특성상 공정단가가 높고 대면적화가 어렵다는 단점을 가진다. 따라서, 비진공법을 이용하여 광흡수층 제작하는 것이 기술적으로 진보할 여지가 크다고 볼 수 있다. 반면 현재 상용화되어 있는 결정질실리콘 태양전지를 대체할만한 방법으로 주목 받고 있는 비진공을 이용한 저가공정은 최근 15.5%의 에너지 변환효율이 보고 되었다. 비진공법에는 전계를 이용한 증착법 및 스프레이법으로 나뉘며, 이들 광흡수층 재료의 화학적 합성은 III족 원소인 In, Ga의 함량비에 따라 광흡수층의 에너지 밴드갭(1.04~1.5 eV) 조절이 가능하다. 따라서, 본 연구에서는 비진공법에 사용되는 CIGS재료의 화학적 합성조건을 변화시켜 III족 원소의 조성비 조절을 시도하였다. CIGS 분말 시료의 입자 형태와 크기를 FE-SEM을 이용하여 관찰하였고, 화합물의 성분비를 EDX 및 XRD 분석을 통해 Ga 함량에 따른 구조적 차이를 비교해 보았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.246-246
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• 2013

Atomic layer deposition (ALD)에 의해 증착된 알루미늄 산화막($Al_2O_3$)은 고효율 결정질 실리콘 태양전지를 위한 우수한 패시베이션 효과를 보인다. $Al_2O_3$은 고정 음전하를 가지고 있기때문에 p-형 태양전지 후면에서 field effect passivation에 의한 효과적인 표면 패시베이션을 형성한다. 하지만 ALD에 의한 $Al_2O_3$ 증착은 긴 공정시간이 필요하다. 이는 기존의 태양전지 산업에 적합하지 않다. 본 논문에서는 공정 시간의 단축을 위해 plasma-assisted atomic layer deposition (PA-ALD) 기술을 사용함으로서 $Al_2O_3$을 증착했다. PA-ALD 기술은 trimethyaluminum (TMA)와 plasma 분위기에서의 $O_2$ 가스를 사용하여 표면 반응을 한다. $Al_2O_3$ 층의 특성을 최적화하기 위해 증착 온도를 $150{\sim}250^{\circ}C$의 범위에서 가변하고, 열처리 온도와 시간을 변화하였다. 결과적으로, 실리콘 웨이퍼를 이용하여 $1250^{\circ}C$의 공정온도에서 증착한 $Al_2O_3$은 $400^{\circ}C$에서 10분 동안의 열처리 온도와 시간에서 1,610 ${\mu}s$의 최고의 유효 반송자 수명을 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.406-406
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• 2011

최근 결정질 실리콘 태양전지 분야에서는 태양전지의 Voc와 Isc의 증가를 통한 효율 향상을 목적으로 후면 passivation 박막에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. Local-Back Contact Cell은 최적화된 후면 passivation 박막을 이용한 태양전지 제조방법이다. 본 연구에서는 고효율의 LBC 태양전지 개발을 위해 Rapid Thermal Oxide(RTO)를 이용한 후면 passivation 박막에 screen printing을 이용한 point contact 구조의 LBC 태양전지를 제작하고 그 특성을 분석하였다. 본 연구에 사용된 RTO 박막은 O2와 N2, 2L/min의 조건에서 $850^{\circ}C$에서 3분 동안 열처리하여 성장시켰다. 이렇게 성장된 박막은 3nm의 두께로 형성되어 passivation 효과를 나타내었으며, carrier lifetime 측정 결과 37.8us의 값을 나타냈다. 전면 ARC형성을 위해 RTO 박막 위에 PECVD를 이용하여 SiNx passivation 처리를 하였고, 그 결과 carrier lifetime은 49.1us까지 향상하였다. 후면의 전극 형성을 위해 screen printing 방법으로 Al point contact을 형성하여 local 한 BSF를 형성 시켰으며, 이후 후면 전극 연결을 위한 방법으로 300nm의 두께로 full Al evaporation 공정을 진행 하였다. 결과적으로 RTO 후면 passivation 박막에 Al point contact 형성을 통해 제작된 태양전지는, Suns-Voc 579mV, FF 82.3%, 16.7%의 효율을 달성하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.305-305
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• 2010

태양전지의 개발이 본격화 되면서 태양전지 웨이퍼 표면에서의 재결합에 의한 손실을 줄이고 전면에서의 반사도를 감소시키기 위한 ARC (Anti-reflection Coating) layer에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중 대표적인 물질이 실리콘 질화막이 있다. 실리콘 질화막은 PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition)법으로 저온에서 실리콘 기판 위에 증착 가능한 장점이 있다. 또한 실리콘 질화막의 광학적, 전기적인 특성은 $SiH_4:NH_3$의 화학적 조성비에 의해 결정되며 가스비 가변에 따라 균일도 및 굴절률 조절을 가능케 하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 태양전지의 표면 반사도 저감 및 효율 향상에 최적화된 실리콘 질화막을 형성하기 위해 PECVD를 이용하였고, 가스비 가변을 통해 굴절률을 조절하여 실리콘 질화막을 증착하고 이를 이용한 태양전지를 제작한 후 특성을 비교, 분석하였다. 실리콘 질화막 증착을 위해 압력, 온도, 파워를 1Torr, $450^{\circ}C$, 300W로 고정하고 가스비는 $SiH_4$를 45 sccm으로 고정한 후 $NH_3$의 양을 각각 30, 60, 90, 120 sccm으로 가변하였다. $SiH_4:NH_3$ 비율이 45:90일 때 박막의 passivation효과가 최대였으며 이 조건로 ARC를 형성한 태양전지는 77% 후반의 높은 FF(Fill Factor)와 17%의 광 변환 효율을 나타냈다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.449.1-449.1
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• 2014

GaAs태양전지는 일반적으로 22%이상의 변환효율을 가지는 차세대 태양전지이다. GaAs태양전지의 변환효율은 태양광이 조사되었을 때, p-type emitter와 n-type base의 p-n접합으로 생기는 Voc, Isc, FF 인자들로 인하여 그 값이 결정되는데, 이때 각 layer의 물리적 parameter에 의해 그 효율이 변한다. 일반적으로는 각 parameter가 증가할 때, 더욱 많은 전자로 인하여, 저 높은 변환효율을 기대할 수 있겠으나, 전자의 재결합이나 mobility의 감소와 같은 이유로 변환효율은 감소 될 수 있다. GaAs태양전지의 base layer의 두께와 도핑농도를 simulation한 결과 두께 $2.6{\mu}m$, 도핑농도 $7{\times}E17cm^{-3}$와 두께 $2.7{\mu}m$, 도핑농도 $8{\times}E17cm^{-3}$에서 25.86%의 가장 높은 에너지 효율을 가짐을 확인 할 수 있었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2009년도 춘계학술대회 논문집 에너지변화시스템부문
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• pp.256-258
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• 2009

현재 상용화되어 있는 결정질 태양전지의 경우 높은 실리콘 가격으로 인해 저가격화에 어려움을 격고 있다. 따라서 태양전지 저가화의 한 방법으로 박막태양전지가 주목을 받고 있다. P-I-N 구조의 박막태양전지에서 각 층의 thickness, activation energy, energy bandgap은 고효율 달성을 위한 중요한 요소이다. 본 논문에서는 박막태양전지 p-layer의 가변을 통하여 고효율을 달성하기 위한 simulation을 수행하였다. 가변 조건으로는 thickness $5\sim25nm$, activation energy $0.3\sim0.6$ eV 그리고 energy bandgap $1.6\sim1.8$ eV까지 단계별로 변화시켰다. 최종 simulation 결과 p-layer의 thickness 5nm, activation energy 0.3 eV 그리고 energy bandgap 1.8 eV에서 최고 효율 11.08%를 달성하였다.

• 한국진공학회지
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• 제21권1호
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• pp.29-35
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• 2012

수소화된 실리콘 질화막은 결정질 태양전지 산업에서 반사방지막과 패시베이션 층으로 널리 사용되고 있다. 또한, 수소화된 질화막은 금속 소성공정과 같은 높은 공정온도를 거친 후에도 결정질 실리콘 태양전지의 표면층으로서 충족되는 특성들이 변하지 않고 유지 되어야 한다. 본 연구에서는 Plasma enhanced chemical vapor deposition 장치를 이용한 수소화된 실리콘 질화막의 특성 변화에 대한 경향성을 알아보기 위하여 증착조건의 변수(온도, 증착거리, 무선주파수 전력, 가스비율 등)들을 다양하게 가변하여 증착조건의 최적화를 찾았다. 이후 수소화된 실리콘 질화막의 전구체가 되는 사일렌($SiH_4$)과 암모니아 ($NH_3$) 가스비를 변화시켜가며 결정질 실리콘 태양전지에 사용되기 위한 박막의 광학 전기 화학적 그리고 표면 패시베이션 특성들을 분석하였다. 가스 비율에 따른 수소화된 실리콘 질화막의 굴절율 범위는 1.90~2.20까지 나타내었다. 결정질 실리콘 태양전지에 사용하기 위한 가장 적합한 특성은 3.6 ($NH_3/SiH_4$)의 가스비율을 나타내었다. 이를 통하여 $156{\times}156mm$ 대면적 결정질 실리콘 태양전지를 제작하여 17.2 %의 변환 효율을 나타내었다.

• 대한전자공학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.45-50
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• 1984

결정면이 (100)인 실리콘 웨이퍼 위에 열확산(thermal diffusion)법을 이용하여 표면에 V형 흠이 형성된 N+P 태양전지를 제작하였다. (100) 실리콘 표면에 V형 홈을 형성시키기 위하여 이방성 부식용액으로는 etylendiamine, water, pyrocathecol 혼합용액을 사용하였다. 100mW/㎠의 조명아래에서 V형홈을 형성시킨 태양전지가 효율면에서 일반 평면 N+P 태양전지보다는 2.5∼3.5%, texturized 태양전지보다는 0.4∼0.6%정도의 증가를 보였다.