• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.11a
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• pp.191-202
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• 2005

비정질 실리콘 태양전지 대신에 열화가 더 적은 프로터결정 실리콘(pc-Si:H)을 상층전지 흡수층으로 사용한 고효율 실리콘계 적층형(pc-Si:H/$\mu$c-Si:H) 박막 태양전지를 개발하였다. 우선, 높은 전도도와 넓은 에너지 밴드갭 특성을 갖는 p-a-SiC:H 박막을 개발하였고, p/i 계면의 특성 향상을 위해 p-nc-SiC:H 완충층을 개발하였다. 프로터결정 실리콘 다층막을 제작하고 FTIR, 평면 TEM, 단면 TEM 측정을 통해 프로터결정 실리콘 다층막의 우수한 열화 특성의 원인을 규명하였다. 적층형 태양전지의 성능향상을 위해 n-p-p 구조의 터널접합을 제안, 제작하고 특성을 분석하였으며, pc-Si:H/a-Si:H 적층형 태양전지에 적용하여 성능향상을 이루었다. 양질의 하층전지용 마이크로결정 실리콘 박막을 증착하기 위하여 광CVD법과 플라즈마CVD법을 결합한 2단계 마이크로결정 실리콘 증착법을 개발하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.408-408
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• 2011

태양광 발전은 발전 셀의 특성상 태양광의 일사량과 태양과 셀 단면이 이루는 각도에 의하여 발전량에 차이를 가져온다. 태양전지의 표면의 입사각은 고정된 위치에서 태양전지 장치의 각도를 가변함으로서 변경 할 수 있다. 이 입사되는 빛의 각도를 변경하는 것은 효율개선의 한 측정의 방법으로써 사용된다. 본 연구에서는 입사각에 따른 a-Si/${\mu}$-Si 적층 태양전지의 양자 효율의 특성에 대해 분석하였다. 태양전지의 측정을 위하여 스테이지는 제작되었으며, 이 연구에서 양자효율 측정에 대한 유용성을 실험을 통해 입증하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.62.2-62.2
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• 2010

박막 실리콘 태양 전지는 저가격화 및 대량생산, 대면적화에 유리하다는 장점을 가지고 있다. 단점으로 지적되는 낮은 효율을 극복하기 위해 광흡수층의 밴드갭이 서로 다른 두 개 이상의 박막을 적층하여, 넓은 파장 대역의 빛을 효과적으로 흡수함으로써 광변환 효율을 올리기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다. 서로 다른 밴드갭의 광흡수층을 가진 p-i-n 구조를 다중 적층하여 고효율의 태양 전지를 제작하기 위해서는 n-도핑층과, p-도핑층 간에 전자와 정공이 빠르게 재결합할 수 있는 터널 접합(Tunnel Recombination Junction)의 형성이 필수적이며, 이때 광손실이 최소화되도록 해야한다. 만약 터널 접합이 적절하게 형성되지 않으면 결합되지 않은 전자와 정공이 도핑층 사이에 쌓이게 되고, 도핑층 사이의 저항 증가로 태양 전지의 광변환 효율은 크게 하락한다. 이번 연구에서는 터널 접합이 잘 이루어지게 하기 위한 n-도핑층 및 p-도핑층 박막의 특성과, 터널 접합의 특성에 따른 적층형 태양 전지의 광효율 변화를 확인하였다. 광흡수층 및 도핑층은 TCO($SnO_2:F$, Asahi) 유리 기판 위에 PECVD를 사용하여 p-i-n 구조로 RF Power 조건에서 증착되었고, ${\mu}c$-Si 광흡수층의 경우에는 VHF Power 조건에서 증착되었다. 광흡수층이 a-Si/${\mu}c$-Si의 구조를 가지는 이중 접합 태양 전지에서 ${\mu}c$-Si n-도핑층/${\mu}c$-Si p-도핑층 사이의 터널 접합 실험 결과 n-도핑층 및 p-도핑층의 결정화도와 도핑 농도를 조절하여 터널 접합의 저항을 최소화했고, 터널 접합 특성이 이중 접합 셀의 광효율 특성과 유사한 경향을 보임을 확인하였다. 광흡수층이 a-Si/a-SiGe/${\mu}c$-Si의 구조를 가지는 삼중 접합 태양 전지 실험의 경우 a-Si과 a-SiGe 광흡수층 사이에 ${\mu}c$-Si n-도핑층/${\mu}c$-Si p-도핑층/a-SiC p-도핑층의 구조를 적용하여 터널 접합을 형성하였으며, ${\mu}c$-Si p-도핑층의 두께 및 박막 특성을 개선하여 광손실이 최소화된 터널 접합을 구현하였고, 삼중 접합 태양 전지에 적용되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.39.1-39.1
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• 2010

이종접합태양전지는 단결정 실리콘 기판 표면에 고품질 비정질 실리콘층을 적층함으로써 전기의 근원인 전하의 재결합 손실을 줄여 높은 개방전압을 얻을 수 있다는 특징이 있다. 초박형 태양전지는 기존 태양전지보다 뛰어난 광전변환 특성(Photovoltaic characteristic)을 가지고 두께가 얇아 제품 형상 시 자유도가 높아진다. 본 논문에서는 n-type Bare wafer($160{\sim}180{\mu}m$)를 이용하여 $50{\mu}m$의 웨이퍼를 제작하였다. a-Si:H(p)_a-Si:H(i)_c-Si(n)의 광흡수층 구조를 성막하여 cell을 제작하였다. 그 결과 Voc(Open Circuit Voltage)가 0.666, Jsc(Short-Circuit Current)가 34.77, FF(Fill Factor) 69.413, Efficency 16.07%를 달성했다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.11a
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• pp.278-280
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• 2007

a-Si:H/${\mu}$c-Si:H 적층형 태양전지의 효율향상을 위해 상부전지와 하부전지간의 접합특성은 매우 중요하다. 본 연구에서는, 접합특성을 향상하기 위하여 아몰퍼스 보다 전도도가 높은 마이크로화된 n층 또는 ZnO:Al을 중간층으로 삽입한 태양전지를 제조하였으며, 그 특성을 전기적, 광학적 방법으로 분석하였다. 전기적 특성에서, 상부전지 n층에 아몰퍼스를 적용한 태양전지의 경우, 상부전지와 하부전지 간의 직렬저항이 $500{\Omega}-cm^2$ 이상으로 높게 측정되었고, 이에 따라 AM 1.5 상태의 I-V 특성에서 비틀림 현상이 발생하여 곡선인자(Fill Factor : FF)가 낮게 측정되었다. 이에 반하여, 상부전지 n층에 마이크로층을 적용하거나, ZnO:Al 중간층을 삽입한 시편의 경우, 상부전지와 하부전지간의 직렬저항이 $1{\Omega}-cm^2$ 이하로 감소하였으며, 이와 같은 계면간의 접합특성 향상으로 I-V특성에서 비틀림 현상이 사라지고, FF가 70% 까지 증가하였다. 또한, 마이크로층과 ZnO:Al 중간층을 동시에 적용한 태양전지의 경우, FF가 75%까지 가장 높게 증가하였다. 광학적 특성의 경우, 같은 두께의 아몰퍼스 n층에 비하여 마이크로 n층이 투과도는 더 높게, 반사도는 낮게 측정되었으며, 이는 하부전지의 단락전류 (Short circuit current : Jsc)를 높여줄 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.27-27
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• 2010

최근에 고유가와 지구온난화로 인하여 에너지가 향후 인류의 50년을 좌우할 가장 큰 문제로 대두되고 있어서 지구의 모든 에너지의 근원인 태양광을 이용하는 태양광 발전은 무한한 청정 에너지로 각광받고 있다. 빛을 흡수하여 전기에너지로 변환하는 태양전지는 풍력, 수소연료전지, 조력, 바이오에탄올 등의 신재생에너지 기술 중에서 상품성은 가장 뛰어나지만 발전단가가 가장 높은 것이 단점이다. 태양광 발전단가를 줄여서 기존의 화석에너지를 이용한 발전단가와 견줄 수 있는 그리드 패러티(grid parity)를 달성하려면 태양전지 모듈의 고효율화와 동시에 저가화가 반드시 이루어져야 한다. 현재 태양광 모듈 시장의 90%는 효율이 12-16% 정도로 높은 단결정(single crystalline or monocrystalline) 실리콘이나 다결정(polycrystalline or multicrystalline) 실리콘 등의 벌크(bulk)형 결정질 실리콘 모듈이 차지하고 있으나 원재료인 실리콘 웨이퍼의 제조단가의 50%를 차지하고 있어서 저가화가 어렵다. 반면, 원료가스를 분해하여 대면적 기판에 증착하는 박막(thin-film) 실리콘 태양전지의 경우는 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 박막 실리콘 모듈은 매우 적은 실리콘 원재료를 소비한다. 단결정이나 다결정 실리콘 웨이퍼의 두께가 $180-250\;{\mu}m$ 정도인 것에 비해서 박막 실리콘의 두께는 $0.3-3\;{\mu}m$ 수준이다. 더불어, 유리, 플라스틱 등의 저가 기판에 저온 대면적 증착이 가능하여 저가양산화에 유리하다. 박막 실리콘 모듈은 벌크형 실리콘 모듈(-0.5%/K) 대비 낮은 온도계수[비정질 실리콘(amorphous silicon; a-Si:H)의 경우 -0.2%/K]와 빛의 세기가 약한 산란광에서도 동작하여 평균발전시간이 증가하므로 외부환경에서 우수한 발전성능을 보이고 있다. 태양전지 모듈은 상온에서의 안정화 효율을 기준으로 가격이 책정되어($/$W_p$) 판매되기 때문에 벌크형 실리콘 모듈에 비해서 박막 실리콘 모듈은 가격대 성능비가 우수하다. 따라서 박막 실리콘 모듈은 벌크형 결정 실리콘 모듈의 대안으로 떠오르고 있으며, 레이저 기술을 이용하여 수려한 투광형 건물일체형(building integrated photovoltaic; BIPV) 모듈을 제작할 수 있는 장점도 있다. 이러한 장점에도 불구하고 기존의 양산화된 단일접합 비정질 실리콘 태양광 모듈은 효율이 6-7%로 낮아서 설치면적 및 설치 모듈의 증가가 성장의 걸림돌이 되고 있다. 박막 실리콘 태양전지의 고효율화를 도모하기 위해서 적층형 탄뎀셀로 양산 트렌드가 변화하고 있다. 이에 적층형 박막 실리콘 태양전지 효율의 한계 및 돌파구에 대해서 논의한다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.18 no.4
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• pp.1-7
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• 2017

Cobalt silicide was used as a counter electrode in order to confirm its reliability in dye-sensitized solar cell (DSSC) devices. 100 nm-Co/300 nm-Si/quartz was formed by an evaporator and cobalt silicide was formed by vacuum heat treatment at $700^{\circ}C$ for 60 min to form approximately 350 nm-CoSi. This process was followed by etching in $80^{\circ}C$-30% $H_2SO_4$ to remove the cobalt residue on the cobalt silicide surface. Also, for the comparison against Pt, we prepared a 100 nm-Pt/glass counter electrode. Cobalt silicide was used for the counter electrode in order to confirm its reliability in DSSC devices and maintained for 0, 168, 336, 504, 672, and 840 hours at $80^{\circ}C$. The photovoltaic properties of the DSSCs employing cobalt silicide were confirmed by using a simulator and potentiostat. Cyclic-voltammetry, field emission scanning electron microscopy, focused ion beam scanning electron microscopy, and energy dispersive spectrometry analyses were used to confirm the catalytic activity, microstructure, and composition, respectively. The energy conversion efficiency (ECE) as a function of time and ECE of the DSSC with Pt and CoSi counter electrodes were maintained for 504 hours. However, after 672 hours, the ECEs decreased to a half of their initial values. The results of the catalytic activity analysis showed that the catalytic activities of the Pt and CoSi counter electrodes decreased to 64% and 57% of their initial values, respectively(after 840 hours). The microstructure analysis showed that the CoSi layer improved the durability in the electrolyte, but because the stress concentrates on the contact surface between the lower quartz substrate and the CoSi layer, cracks are formed locally and flaking occurs. Thus, deterioration occurs due to the residual stress built up during the silicidation of the CoSi counter electrode, so it is necessary to take measures against these residual stresses, in order to ensure the reliability of the electrode.