• 한국결정성장학회지
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• 제23권3호
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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.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.438-438
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• 2009

We have investigated the effect of forming gas annealing for Upgraded Metallurgical Grade (UMG)-silicon solar cell in order to obtain low-cost high-efficiency cell using post deposition anneal at a relatively low temperature. We have observed that high concentration hydrogenation effectively passivated the defects and improved the minority carrier lifetime, series resistance and conversion efficiency. It can be attributed to significantly improved hydrogen-passivation in high concentration hydrogen process. This improvement can be explained by the enhanced passivation of silicon solar cell with antireflection layer due to hydrogen re-incorporation. The results of this experiment represent a promising guideline for improving the high-efficiency solar cells by introducing an easy and low cost process of post hydrogenation in optimized condition.

• 한국세라믹학회지
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• 제47권6호
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• pp.618-622
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• 2010

Cost-effective purification methods of silicon were carried out in order to replace the conventional Siemens method for solar grade silicon. Firstly, acid leaching which is a hydrometallurgical process was preceded with grinded silicon powders of metallurgical grade (~99% purity) to remove metallic impurities. Then, plasma treatments were performed with the leached silicon powders of 99.94% purity by argon plasma at 30 kW power under atmospheric pressure. Plasma treatment was specifically efficient for removing Zr, Y, and P but not for Al and B. Another purification step by EB treatment was also studied for the 99.92% silicon lump which resulted in the fast removal of boron and aluminum. That means the two methods are effective alternative tools for removing the doping elements like boron and phosphor.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.111.1-111.1
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• 2011

The solar energy is dramatically increasing as the alternative energy source and the silicon(Si) solar cell are used the most. In this study, the improved process and equipment for the metallurgical refinement of multicrystalline Si were evaluated for the inexpensive solar cell. The planar plane and columnar dendrite aheadof the liquid-solid interface position caused the superior segregation of impurities from the Si. The solidification rate and thermal gradient determined the shape of dendrite in solidified Si matrix solidified by the directional solidification(DS) method. To simulate this equipment, the commercial software, PROCAST, was used to solve the solidification rate and thermal gradient. Si was vertically solidified by the DS system with Stober process and up-graded metallurgical grade or metallurgical grade Si was used as the feedstock. The inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP) was used to measure the concentration of impurities in the refined Si ingot. According to the result of ICP and simulation, the high thermal gradient between the two phases wasable to increase the solidification rate under the identical level of refinement. Also, the separating heating zone equipped with the melting and solidification zone was effective to maintain the high thermal gradient during the solidification.

• 한국결정성장학회지
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• 제18권5호
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• pp.195-199
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• 2008

반도체용 규소 원료는 11 N급의 고순도이나 가격이 고가이고 또한 생산이 제한되어서 폭발적인 태양전지의 수요를 따르지 못하고 있어 저급(5$\sim$6 N)의 UMG(Upgraded Metallurgical Grade)를 사용하자 하는 노력이 진행 중이다. 이 5$\sim$6 N급에서는 dopant 원소인 붕소(B)외 인(P)의 농도가 1 ppm 이상 존재한다. 이들 원료를 사용하여서 결정 성장을 하였을 경우에 존재하는 여러 불순물들의 편석계수(segregation coefficient)를 활용하여 화학적, 전기적 성질을 예상 하여본 결과 결정성장 초기에는 붕소(B)의 농도가 인(P) 보다 높아 p영역이 발생하고 후반부에는 인의 농도가 붕소 보다 높아 n 형 기판이 생성됨을 보았다. 또한 응고속도를 조절하여 여러 불순물을 제거하고자 히는 노력은 편식계수가 적은 금속 일소들의 제거에는 효과적이나 편석계수가 큰 붕소와 인의 제거에는 효과가 크지 않음을 예상 할 수 있다.

• 자원리싸이클링
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• 제31권1호
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• pp.3-11
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• 2022

실리콘은 지각에서 가장 풍부한 금속 원소이다. 금속급 실리콘(MG-Si)은 제강공정의 탈산제, 알루미늄 산업에서 합금 원소, 유기실레인 제조, 태양전지 등의 전자산업에 사용되는 전자급 실리콘 생산 등 산업적으로 널리 응용되는 중요한 금속이다. MG-Si는 전기 아크로에서 석탄, 코크스 또는 목재 칩의 형태인 탄소와 함께 이산화규소를 용융환원하여 만들어진다. MG-Si는 Siemens 공정과 같은 화학 처리를 통해 정제되며, 대부분의 단결정 실리콘은 쵸크랄스키 방식으로 만들고 있다. 이러한 제련 및 정제 방법은 2차 실리콘 자원으로부터 새로운 재활용 공정을 개발하는 데 기여할 수 있을 것이다.

• 자원리싸이클링
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• 제30권4호
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• pp.20-26
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• 2021

태양전지용 실리콘은 주로 반도체급 실리콘 제조공정에서 발생하는 규격외 실리콘을 사용하여 왔다. 태양전지의 보급 활성화를 위해서는 보다 저렴한 정제 공정의 개발이 필요하다. 태양전지용 실리콘을 위한 저비용이면서 효율적인 방법은 금속급 실리콘을 정제하여 고순도화하는 것이다. 본 연구에서는 금속급 용융 실리콘 중의 Fe를 제거하기 위해 고주파 유도로 중에서 일방향 응고를 실시하였다. 실험조건과 실험결과를 유효 편석계수, Scheil 식 및 Peclet 수로 평가하였다. 시료의 하강속도가 감소함에 따라 불순물의 매크로 편석과 잉곳의 순도가 증가하였다. 이러한 결과는 시료의 하강속도 감소에 따른 유효 편석계수의 감소에 의한 것으로 생각된다.

• 한국세라믹학회지
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• 제49권6호
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• pp.637-641
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• 2012

Due to its high production cost and relatively high energy consumption during the Siemens process, poly-silicon makers have been continuously and eagerly sought another silicon route for decades. One candidate that consumes less energy and has a simpler acidic and metallurgical purification procedure is upgraded metallurgical-grade (UMG) silicon. Owing to its low purity, UMG silicon often requires special steps to minimize the impurity effects and to remove or segregate the metal atoms in the bulk and to remove interfacial defects such as precipitates and grain boundaries. A process often called the 'gettering process' is used with phosphorus diffusion in this experiment in an effort to improve the performance of silicon solar cells using UMG silicon. The phosphorous gettering processes were optimized and compared to the standard POCl process so as to increase the minority carrier lifetime(MCLT) with the duration time and temperature as variables. In order to analyze the metal impurity concentration and distribution, secondary ion mass spectroscopy (SIMS) was utilized before and after the phosphorous gettering process.

• 전자공학회논문지A
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• 제31A권7호
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• pp.102-109
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• 1994

Low cost high efficiency single crystal silicon solar cells for terrestrial applications have been fabricated by using inexpensive materials such as solar grade silicon wafer and pastes, and mass production processes such as screen printing and spray. Under 100 mW/cm$^2$ (AM 1.5) and $25^{\circ}C$ conditions conversion efficiency of 16.48% was obtained by anon fire-thru process and 15.55% by fire-thru process.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.111.2-111.2
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• 2011

야금학적 방법을 통한 태양전지용 실리콘 제조를 위하여 아크로(Arc furnace)에서 제조된 용융 상태의 금속급 실리콘을 슬래그와 직접 반응시켜 불순물을 제거하는 공정에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 아크로와 고주파 유도용해로(High-frequency induction furnace)를 이용하여 금속급 실리콘을 제조와 정련 특성 실험을 수행하였다. 본 연구에서 금속급 실리콘을 제조하기 위한 장비로 150kW급-DC 아크로와 300kW급-AC 아크로를 사용하였다. 원재료로 규석, 코크스(Cokes), 숯, 그리고 우드칩(Wood chip)을 실험 비율에 맞춰 아크로 내부에 장입하고, 이를 용융환원 방법을 통해 반응을 시켰다. 이때 생산된 금속급 실리콘의 순도는 약 99.2~99.8% 이었으며, 원재료의 순도, 장입 비율 및 아크로 운전 특성에 따라 편차가 있다. 아크로에서 생산된 금속급 실리콘의 경우 인(phosphorus), 붕소(boron)를 다량 함유하고 있고, 이를 제거하기 위하여 50kW급 고주파 유도용해로 장비를 사용하여 슬래그 정련 실험을 수행하였다. 슬래그 정련시 사용한 성분은 SiO2, CaO 그리고 CaF2 이며, 금속급 실리콘과 슬래그의 질량비 및 반응 시간에 따른 실리콘 불순물 특성을 평가하였다. 실험결과 인과 붕소는 각각 1 ppm 이하, 5 ppm 이하 였으며, 칼슘을 제외한 대부분의 금속 불순물의 경우 0.1~0.2% 임을 확인하였다.