• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.250.2-250.2
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• 2015

결정질 태양전지의 변환효율은 이미 이론적 한계에 가까워져, 최근 산업에서는 이 대신 제조공정 단가를 낮추려는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 태양전지 도핑공정에 대기압 DBD 플라즈마를 응용하여 저렴하게 태양전지를 제작할 수 있는 방법을 모색한다. 대기압 DBD 플라즈마를 발생시키기 위해 DC-AC 인버터 구조의 전원을 사용하여 수십 kHz의 주파수, 수 kV의 전압을 인가하여 $5cm{\times}1cm$ 직사각형 모양의 아노다이징된 알루미늄 전극을 사용하였다. 전극과 Ground 사이에 Argon 가스를 주입하여 플라즈마를 발생시켰으며, 출력전류는 수십 mA의 전류가 측정되었다. $3cm{\times}3cm$의 P-type wafer에 스핀코팅 방식으로 H3PO4를 도포한 후, Wafer 표면에 플라즈마를 조사하여 대기압 DBD 플라즈마를 이용한 태양전지 도핑 가능성을 확인하였다. 플라즈마 출력 전류와 플라즈마 조사시간을 변수로 도핑된 Wafer의 특성을 확인하였다. 도핑 프로파일은 SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry)를 통해 측정하였으며, 전기적인 특성은 4 point probe로 면저항을 측정하였다. 대기압 DBD 플라즈마를 이용해 도핑된 wafer에 전극을 형성하여, 같은 도펀트를 사용하여 Furnace로 열 확산법을 이용해 도핑 공정을 진행한 wafer와 변환효율(Conversion efficiency)을 측정하여, 대기압 플라즈마를 이용한 도핑 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.387-387
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• 2012

결정 Si 및 비정질 Si 태양전지는 환경친화적이며 안정적인 물질로 전력변환 및 에너지 저장 장치에 중요하기 때문에 연구가 활발하게 진행되고 있다. 고효율 Si 태양전지를 제작하여 상용화하기에는 여러 가지 문제점이 있다. 공기와 비교하여 높은 굴절률을 갖고 있기 때문에 발생하는 반사를 줄이기 위해서 필요한 무반사 코팅층(Anti-reflective coating; ARC)은 주로 SiO2 와 SiNx 와 같은 유전체를 이용하여 사용하지만 이들 ARC 증착은 PECVD와 같은 진공장비를 사용하므로 제작 비용이 높아지는 단점이 있다. 나노선 또는 나노 팁과 같은 sub-wavelength 구조를 표면에 만들어 반사율을 줄이는 작업을 통해 ARC 공정비용을 감소하고 효율을 증진하는 연구가 활발히 진행되고 있다. CdS 양자점을 태양전지 표면에 형성함으로 ARC로 해결할 수 없는 단파장영역에 해당하는 부분을 줄이는 연구가 진행되었으며, 비정질의 경우 원기둥 형태의 태양전지 형태와 더불어 지름 방향으로의 PN 접합 나노로드 배열을 만들어 흡수면을 증가하여 효율을 증가한 연구도 진행되었다. 태양전지 표면의 형태를 V-groove 형태로 형성하여 입사하는 태양전지의 광밀도를 증가하는 이론적 결과도 발표되었다. 본 연구에서는 Si 태양전지의 표면변형에 따른 태양전지의 전력변환효율의 변화를 관찰하기 위하여 태양전지 표면의 texture 지름을 $3{\sim}15{\mu}m$, 간격을 $5{\sim}20{\mu}m$로 변화하고, 태양전지 표면의 나노 패턴을 2~10 nm 로 변화하여 반사율과 전력변환효율을 비교하였다. 나노와 마이크로 패턴은 각각 polystyrene nanosphere 와 photo mask를 이용하여 제작하였으며 PN junction Si 태양전지는 spin on dopant 방식으로 제작하여 성능을 조사하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2009.07a
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• pp.1221_1222
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• 2009

다결정질 실리콘 웨이퍼의 도핑깊이, 도핑농도, 전면 재결합 속도, 면저항은 태양전지의 효율을 결정하는데 중요한 요소이다. 태양전지의 높은 효율을 얻기 위해 PC1D를 이용하여 태양전지의 에미터 도핑 깊이와 농도, 에미터 면저항, 전면 재결합 속도를 조절해 보았다. 그 결과로 최적화된 요소들은 peak doping $10^{18}cm^{-3}$, depth factor $0.5{\mu}m$, front recombination velocity $10^2cm/s$, sheet resistance $50{\Omega}/{\square}$를 얻을 수 있었다. 최적화 과정을 통하여 우리는 peak doping과 면저항이 높은 효율을 얻기 위한 중요한 요소가 된다는 사실을 알 수 있었다. 본 논문에서는 더 자세한 시뮬레이션 요소값과 그들이 태양전지에 미치는 영향에 대해 알아보고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.208-208
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• 2012

알루미늄이 도핑된 p+후면 에미터 구조를 갖는 n-type 결정질 실리콘 태양전지를 제작하였다. 기판으로는 n-type Cz 실리콘 웨이퍼가 사용되었으며 크기, 두께 및 비저항은 각각 6"x 6", $200{\mu}m$, $3{\sim}5{\Omega}cm$이었다. 실험을 통하여 에너지 변환 효율 17.5%를 얻었다. 모든 공정은 p-type 실리콘 상용 태양전지 제작에 쓰이는 것과 동일하게 적용하였다. 또한 PC1D 시뮬레이션을 통하여 전면 전계의 두께 및 피크 농도, 기판의 소수 운송자 수명, 후면 에미터의 도핑 농도, 실리콘 기판의 두께를 변수로 하여 후면 에미터 구조의 n-type 실리콘 태양전지의 최적화 작업을 실시하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.73.1-73.1
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• 2010

태양광 시장은 세계적인 금융 위기 속에서도 점점 그 규모가 확대되고 있다. 시장의 규모가 확대되고 있음에도 불구하고 금융 위기를 겪으면서 생산자 중심의 시장에서 수요자 중심의 시장으로 바뀌게 되었다. 이에 따라 더 적은 비용으로 높은 출력의 제품만이 경쟁력을 가지게 됨으로써 효율이 더욱 이슈화되었다. 여러 태양전지 중 가장 점유율이 높은 결정질 태양전지는 일반적인 양산 공정만으로 효율을 높이는데 한계가 있으므로 selective emitter, back contact, light induced plating 등의 새로운 공정을 도입하여 효율을 높이려는 경향이 나타나고 있다. 본 연구에서는, ALD 장치를 사용하여 결정질 태양전지의 후면을 passivation 함으로써 효율을 높이는 방법을 모색하였다. 부동화 층으로는 $Al_2O_3$를 사용하였으며 셀을 제조하여 평가하였다. 실험방법은 p-type의 웨이퍼를 이용하여 습식으로 texturing 후 $POCl_3$ 용액으로 p-n junction을 형성하였고 anti-reflection 막인 SiNx는 PECVD를 사용하여 R.I 2.05, 80nm 두께로 증착하였다. 그런 다음 후면의 n+ layer를 제거하기 위하여 SiNx에 영향을 미치지 않는 용액을 사용하여 후면을 식각하였다. BSF 층은 screen printer로 Al paste를 printing하여 형성하였고 Al etching용액으로 여분의 Al제거한 후 ALD 장치를 이용하여 $Al_2O_3$를 증착하였다. 마지막으로 전극을 형성한 후 laser로 isolation하여 효율을 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.494.1-494.1
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• 2014

태양광은 세계적으로 유망한 에너지 중의 하나이며, 태양광 모듈은 실제 옥외 조건에 따라 다르지만 장기 신뢰성과 수명을 보장하기 위해 최소 20년 이상을 안정적으로 작동될 필요성이 있다. 하지만 실제 태양전지는 옥외에 장기 노출됨에 따라 성능이 저하되며, 그 원인으로는 셀 균열, 부식, 접착 강도 손실 및 박리, 그리고 변색 등이 있다. 본 논문에서는 부식으로 인한 성능 저하를 완화하기 위해 희생금속을 이용하여 태양전지 모듈의 성능 향상에 대해 연구하였다. 태양전지는 4 cell 결정질 실리콘 태양전지 미니 모듈을 이용하였고, 희생금속의 영향을 확인하기 위해 두 종류의 시료를 준비하였다. 한 시료에는 Al 희생금속을 태양전지 리본 위에 부착하였으며, 나머지 한 시료는 비교 시료로 Al 희생금속을 부착하지 않았다. 시료는 $85^{\circ}C$ 85%의 상대습도인 고온고습 조건에서 2500시간을 진행하였다. 그리고 2500시간의 고온고습 시험이 진행된 시료의 전기적 특성을 분석하였다. 시험 결과, 희생금속이 없을 경우 28.8%의 출력 저하가 있었으며, 희생금속이 있을 경우 19.3%의 출력 저하가 확인되었다. 또한, 희생금속이 없을 경우, 충실도는 21.5% 감소하였으며, 단락전류 역시 약 6% 정도 감소하였다. 반면, 희생금속이 있을 경우, 충실도는 16.1%로 감소하였고, 단락전류는 거의 변화가 없었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.315-315
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• 2010

결정질 실리콘을 포함하는 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 태양전지양산이 요구되고 있는 현실에서 광전효율 개선 위해 가장 우선적으로 고려되어야 할 변수는 입력 태양광스펙트럼에 대한 결정질 실리콘 표면반사율을 최소화하여 광흡수를 극대화하는 것이라 할 수 있다. 이의 해결을 위하여 대기와 실리콘표면 사이의 굴절률차이가 크면 클수록 태양광스펙트럼에 대한 결정질 실리콘의 광반사는 증가하기 때문에 상대적으로 낮은 굴절률의 $SiO_x$나 $SiN_x$와 같은 반사방지막을 광입력 실리콘표면에 증착하여 광반사율 저감공정을 적용하고 있다. 이와 더불어 결정질 실리콘표면을 화학적으로 혹은 플라즈마이온으로 50-100nm 직경의 바늘형 피라미드형상으로 texturing 함으로 광자들의 다중반사 등에 기인하는 광흡수율의 증가를 기대할 수 있기 때문에 태양전지효율 개선에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 이해된다. 본 실험에서도 고효율 다결정 실리콘 태양전지 양산공정에 적용 가능한 ICP-RIE기반 결정질 실리콘표면에 대한 texturing 공정기술을 연구하였다. Double Langmuir 플라즈마 진단시스템(DLP2000)을 적용하여 사용한 $SF_6$와 $O_2$ 개스유량과 챔버압력, 플라즈마 파워에 따른 이온밀도, 전자온도, 포화이온전류밀도, 플라즈마포텐셜의 공간분포를 모니터링하였고 texturing이 완료된 시료에 대하여 A1.5G 표준태양광스펙트럼의 300-1100nm 파장대역에서 반사율을 측정하여 그 변화를 관찰하였다. 본 연구에서 얻어진 결과를 간략히 정리하면 Si texturing에 가장 적합한 플라즈마파워는 100W, $SF_6/O_2$ 혼합비는 18:22, 챔버압력은 30mtorr 등이고 이에 상응하는 플라즈마의 이온밀도는 $2{\sim}3{\times}10^8\;ions/cm^3$, 전자온도는 14~15eV, 포화전류밀도는 $0.014{\sim}0.015mA/cm^2$, 플라즈마포텐셜은 38~39V 범위 등이었다. 현재까지 얻어진 최소 평균반사율은 14.2% 였으며 최적의 texturing패턴 플라즈마공정 조건은 이온에 의한 Si표면원자들의 스퍼터링과 화학반응에 의한 증착이 교차하는 플라즈마 에너지 및 밀도 상태인 것으로 해석된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.200.1-200.1
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• 2013

실리콘 태양전지 표면에는 구조적인 결함에 의해 소수 캐리어의 재결합이 일어난다. 재결합에 의해 캐리어의 반송자 수명은 줄어들게 되고, 태양전지의 효율은 감소하게 된다. 이를 줄이기 위해 태양전지 전 후면에 패시베이션을 하게 되는데, 이번 연구는 단결정 실리콘 태양전지 전면에 SiNx막을 증착함으로 수소 패시베이션이 반송자 수명에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 공정을 위해 $156{\times}156mm^2$, 200 ${\mu}m$, 0.5-3.0 ${\Omega}{\cdot}cm$ and p-type 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용하였고, SiNx막을 올리기 전에 KOH 8.5% 용액으로 SDR을 실행하였다. RF-PECVD 장비로 SiNx 막을 증착하였고 증착 온도는 $200{\sim}400^{\circ}C$, 반응기 내부의 압력을 200~1,000 mtorr, SiH4/NH3/N2 각각의 가스 비율 조절, 그리고 플라즈마 RF power 변화시킴에 따라 증착된 SiNx막의 균일도 및 특성을 분석하였다. 반사광 측정 장비인 Reflectometer장비로 막의 두께와 굴절률, 반사율을 측정하였고, 반송자 수명을 측정하여 태양전지의 표면결함을 최대한 패시베이션 시켜주는 조건에 대한 연구를 수행하였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.4 no.3
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• pp.306-312
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• 1995

본 연구에서는 비정질 실리콘과 CuInSe2와 함께 지상용 태양전지재료로 널리 연구되고 있는 다결정 CdTe 박막의 열처리방법으로서 로열처리와 반도체 공정에서 사용되는 급속열처리 방법을 이용하여 이들 열처리의 효과를 분석함으로써 태양전지용 다결정 CdTeq 박막에 적합한 효율적인 열처리 방법에 대한 연구를 수행하였다. 증착 후 열처리조건에 따른 결정구조, 결정립 크기, 표면과 박막내부의 성분, 밴드갭 에너지값, 그리고 전기비저항 등을 측정하여 태양전지용 CdTe 박막의 물리적.전기적 특성에 미치는 열처리효과를 관찰하였다. 연구결과 30$0^{\circ}C$에서 증착하고 CdCI2 처리 후 $400^{\circ}C$ 30분간 로열처리를 한 경우, 그리고 $200^{\circ}C$에서 증착한 후 $500^{\circ}C$ 부근에서 1분간 급속열처리를 한 경우 다결정 CdTe 박막의 물리적 전기적 특성이 현저히 향상됨을 알 수 있었다. 특히 급속열처리를 한 경우 로열처리에 비해 결정립의 크기는 작으나 전기비저항이 낮고 밴드갭에너지가 단결정에 더욱 접근하며 태양전지용 다결정 CdTe 박막의 열처리 방법으로 적용할 가치가 있는 방법으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.64-64
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• 2011

현재 투명전극은 주로 ITO를 사용하고 있으며, ITO는 인듐산화물(In2O3)과 주석산화물(SnO2)이 9대 1의 비율로 혼합된 화합물로 인듐이 주성분이다. 따라서 ITO 사용량의 증가는 인듐의 수요 증가를 이끌어 2003년 이후 인듐 잉곳의 가격이 급등하였다. LCD에 응용되는 금속재료의 가격추이를 비교해보면, 인듐이 가장 큰 변화를 보이고 있으며, 2005년 인듐 가격은 2002년 대비 1,000% 이상 상승하였다가 2007년 이후 500%p 하락하여 2008년 2월 22일 기준으로 톤당 49만 달러에 거래되고 있다. 같은 기간 동안 알루미늄의 가격은 76.6% 상승하였으며 구리는 394%, 주석은 331% 상승하였다. 이러한 인듐의 가격 상승폭은 동일한 기간 동안 다른 금속 재료와 비해 매우 크며, 단위 질량당 가격도 20배 이상 높은 수준이다. ITO의 주성분인 인듐의 이러한 가격의 급등 및 향후 인듐의 Shortage 예상으로 인해 ITO 대체재 확보의 필요성이 증가 되고 있다. 태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정질 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 고부가 가치 산업유지에 어려움이 있으며, 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로는 2세대 태양전지로 불리는 박막형이 현재의 대안으로 자리매김하고 있으며, 박막태양전지 산업분야가 현재의 정부정책 지원 없이 자생력을 갖추고 또한 시장 경쟁력을 확보하기 위해서는 박막태양전지 개발과 더불어 저가의 재료개발도 시급한 상황이다. 본 연구에서는 In-line magnetron sputtering system을 사용하여 소다라임 유리기판 위에 박막태양전지용 투명전도성 ZnO(Al) 박막을 제작하였고, 특히 이 박막은 n-형 반도체 특성을 가져야하기 때문에 홀이동도와 개리어농도의 상관관계 및 박막의 두께, 광투과율 특성, 온도 의존성을 조사하였고, 이를 논하고자 한다(본 연구는 중소기업청의 기술혁신개발사업 연구지원금으로 이루어졌음).