Kim, Myeong-Hyun;Song, Jae-Won;Nam, Yoon-Ho;Kim, Dong-Hyung;Yu, Si-Young;Moon, Hwan-Gyun;Yoo, Bong-Young;Lee, Jung-Ho
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.49
no.3
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pp.301-306
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2016
The effects of nanotexturing and post-etching on the reflection and quantum efficiency properties of diamond wire sawn (DWS) multicrystalline silicon (mc-Si) solar cell have been investigated. The chemical solutions, which are acidic etching solution (HF-$HNO_3$), metal assisted chemical etching (MAC etch) solutions ($AgNO_3$-HF-DI, HF-$H_2O_2$-DI) and post-etching solution (diluted KOH at $80^{\circ}C$), were used for micro- and nano-texturing at the surface of diamond wire sawn (DWS) mc-Si wafer. Experiments were performed with various post-etching time conditions in order to determine the optimized etching condition for solar cell. The reflectance of mc-Si wafer texturing with acidic etching solution showed a very high reflectance value of about 30% (w/o anti-reflection coating), which indicates the insufficient light absorption for solar cell. The formation of nano-texture on the surface of mc-Si contributed to the enhancement of light absorption. Also, post-etching time condition of 240 s was found adequate to the nano-texturing of mc-Si due to its high external quantum efficiency of about 30% at short wavelengths and high short circuit current density ($J_{sc}$) of $35.4mA/cm^2$.
The simulation program for solar cells, PC1D, was briefly reviewed and the device modeling of a multicrystalline Si solar cell using the program was carried out to understand the internal operating principles. The effects of design parameters on the light absorption and the quantum efficiency were investigated and strategies to reduce carrier recombination, such as back surface field and surface passivation, were also characterized with the numerical simulation. In every step of the process, efficiency improvements for the key performance characteristics of the model device were determined and compared with the properties of the solar cell, whose efficiency (20.3%) has been confirmed as the highest in multicrystalline Si devices. In this simulation work, it was found that the conversion efficiency of the prototype model (13.6%) can be increased up to 20.7% after the optimization of design parameters.
Kim, Dong-Ju;Kim, Jung-Mo;Bae, So-Ik;Jun, Tae-Hyun;Song, Ha-Chul
한국태양에너지학회:학술대회논문집
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2011.04a
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pp.293-298
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2011
The most widely used method to form an electrode in industrial solar cells are screen printing. Screen printing is characterized by a relatively simple and well-known production sequence with high throughput rates. However the method is difficult to implement a fine line width of high-efficiency solar cells can not be made. The open circuit voltage(Voc) and the short circuit current density(Jsc) and fill factor(FF) need to be further improved to increase the efficiency of silicon solar cells. In this study, gravure offset printing method using the multicrystalline-silicon solar cells were fabricated. Gravure off-set printing method which can print the fine line width of finger electrode can have the ability reduce the shaded area and increase the Jsc. Moreover it can make a high aspect ratio thereby series resistance is reduced and FF is increased. Approximately $50{\mu}m$ line width with $35{\mu}m$ height was achieved. The efficiency of gravure off set was 0.7% higher compare to that of scree printing method.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.24
no.5
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pp.190-195
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2014
Because of the temperature gradient occurring during the growth of the ingot with directional solidification method, defects are generated and the residual stress is produced in the ingot. Changing the growth and cooling rate during the crystal growth process will be helpful for us to understand the defects and residual stress generation. The defects and residual stress can affect the properties of wafer. Generally, it was found that the size of grains and twin boundaries are smaller at the top area than at the bottom of the ingot regardless of growth and cooling condition. In addition to that, in the top area of silicon ingot, higher density of dislocation is observed to be present than in the bottom area of the silicon ingot. This observation implies that higher stress is imposed to the top area due to the faster cooling of silicon ingot after solidification process. In the ingot with slower growth rate, dislocation density was reduced and the TTV (Total Thickness Variation), saw mark, warp, and bow of wafer became lower. Therefore, optimum growth condition will help us to obtain high quality silicon ingot with low defect density and low residual stress.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2004.11a
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pp.280-284
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2004
Multicrystalline silicon wafers were textured in an alkaline bath, basically using sodium hydroxide and in acidic bath, using mainly hydrofluoric acid (HF), nitric acid $(HNO_3)$ and de-ionized water (DIW). Some wafers were also acid polished for the comparative study. Comparison of average reflectance of the samples treated with the new recipe of acidic solution showed average diffuse reflectance less than even 5 percent in the optimized condition. Solar cells were thus fabricated with the samples following the main steps such as phosphorus doping for emitter layer formation, silicon nitride deposition for anti-reflection coating by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) and front surface passivation, screen printing metallization, co-firing in rapid thermal processing (RTP) Furnace and laser edge isolation and confirmed >14 % conversion efficiency from the best textured samples. This isotropic texturing approach can be instrumental to achieve high efficiency in mass production using relatively low cost silicon wafers as starting material.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2004.11a
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pp.276-279
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2004
Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of silicon nitride (SiN) is a proven technique for obtaining layers that meet the needs of surface passivation and anti-reflection coating. In addition, the deposition process appears to provoke bulk passivation as well due to diffusion of atomic hydrogen. This bulk passivation is an important advantage of PECVD deposition when compared to the conventional CVD techniques. A further advantage of PECVD is that the process takes place at a relatively low temperature of 300t, keeping the total thermal budget of the cell processing to a minimum. In this work SiN deposition was performed using a horizontal PECVD reactor system consisting of a long horizontal quartz tube that was radiantly heated. Special and long rectangular graphite plates served as both the electrodes to establish the plasma and holders of the wafers. The electrode configuration was designed to provide a uniform plasma environment for each wafer and to ensure the film uniformity. These horizontally oriented graphite electrodes were stacked parallel to one another, side by side, with alternating plates serving as power and ground electrodes for the RF power supply. The plasma was formed in the space between each pair of plates. Also this paper deals with the fabrication of multicrystalline silicon solar cells with PECVD SiN layers combined with high-throughput screen printing and RTP firing. Using this sequence we were able to obtain solar cells with an efficiency of 14% for polished multi crystalline Si wafers of size 125 m square.
Kim Daewon;Lee Keonyoung;Cho Eunchel;Park Sangwook;Moon Insik;Lee Kyuyeol;Yu Jaehee
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2005.06a
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pp.89-93
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2005
A rear contact solar cell has a potential merit of efficiency improvement by a low shading loss in front surface. a simplified module assembly. and a higher packing density. Among the rear contact solar cells. MWT. metallizationl wrap through MWT solar cells that have the bus bars on the back side and the front side metallization is connected to the back through metal filled laser fired holes in the silicon wafer. This approach has the advantages of a much more uniform appearance. The first fabrication of MWT using a multicrystalline silicon modules in our group showed $12.28\%$ on $125mm{\times}125mm$ active area.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.23
no.3
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pp.119-123
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2013
Most of the world's solar cells in photovoltaic industry are currently fabricated using crystalline silicon. Czochralski-grown silicon crystals are more expensive than multicrystalline silicon crystals. The future of solar-grade Czochralski-grown silicon crystals crucially depends on whether it is usable for the mass-production of high-efficiency solar cells or not. It is generally believed that the main obstacle for making solar-grade Czochralski-grown silicon crystals a perfect high-efficiency solar cell material is presently light-induced degradation problem. In this work, the substitution of boron with gallium in p-type silicon single crystal is studied as an alternative to reduce the extent of lifetime degradation. The diamond-wire sawing technology is employed to slice the silicon ingot. In this paper, the quality of the diamond wire-sawn gallium-doped silicon wafers is studied from the chemical, electrical and structural points of view. It is found that the characteristic of gallium-doped silicon wafers including texturing behavior and surface metallic impurities are same as that of conventional boron-doped Czochralski crystals.
A solar cell conversion effiency was degraded by grain boundary effect in polycrystalline silicon. Grain boundaries acted as potential barriers as well as recombination centers for the photo-generated carriers. To reduce these effects of the grain boundaries we investigated various influencing factors such as emitter thickness thermal treatment preferential chemical etching of grain boundaries grid design contact metal and top metallization along boundaries. Pretreatment in $N_2$atmosphere and gettering by POCl$_3$and Al were performed to obtain multicrystalline silicon of the reduced defect density. Structural electrical and optical properties of slar cells were characterized before and after each fabrication process. Improved conversion efficiencies of solar cell were obtained by a combination of pretreatment above 90$0^{\circ}C$ emitter layer of 0.43${\mu}{\textrm}{m}$ Al diffusion in to grain boundaries on rear side fine grid finger top Yb metal and buried contact metallization along grain boundaries.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.53
no.2
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pp.62-66
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2004
This paper investigated the characteristics of a newly developed high density hollow cathode plasma (HCP) system and its application for the etching of silicon wafers. We used SF$_{6}$ and $O_2$ gases in the HCP dry etch process. Silicon etch rate of $0.5\mu\textrm{m}$/min was achieved with $SF_6$$O_2$plasma conditions having a total gas pressure of 50mTorr, and RF power of 100 W. This paper presents surface etching characteristics on a crystalline silicon wafer and large area cast type multicrystlline silicon wafer. The results of this experiment can be used for various display systems such as thin film growth and etching for TFT-LCDs, emitter tip formations for FEDs, and bright plasma discharge for PDP applications.s.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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