The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.10
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pp.1694-1696
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2016
Present thin film solar cells with hydrogenated amorphous silicon oxide (a-SiO:H) as an absorber suffer from low fill factor(FF) of 61~64 [%] in spite of its benefits related to high open circuit voltage ($V_{oc}$). Since degraded quality of a-SiO:H absorber by alloying with oxygen can affect the FF, we aimed to achieve high photosensitivity by minimizing $CO_2$ gas addition. Improving optical gap($E_{opt}$) has been attained by strong hydrogen dilution combined with lowering substrate temperature down to 100 [$^{\circ}C$]. Small amount of the $CO_2$ was added in order to disturb microcrystalline formation by high hydrogen dilution. The developed a-SiO:H has high photosensitivity (${\sim}2{\times}10^5$) and high $E_{opt}$ of 1.85 [eV], which contributed to attain remarkable FF of 74 [%] and high $V_{oc}$ (>1 [V]). As a result, high power conversion efficiency of 7.18 [%] was demonstrated by using very thin absorber layer of only 100 [nm], even though we processed all experiment at extremely low temperature of 100 [$^{\circ}C$].
SiOC films containing alkyl groups have a low dielectric constant because of the interaction between the C-H hydrogen bonds and the oxygen of high electro-negative atom. The Si-$CH_3$ in a void is broken by the $O_2$, therefore the strength of CH bond in Si-O-O-$CH_3$ bond increases. The Si-O-O-$CH_3$ bond is broken by nucleophilic attack due to Si atom, again. The elongation of C-H bond causes the red shift, and the compression of C-H bond causes the blue shift. Among these chemical shifts, the blue shift from $1000\;cm^{-1}$ to $1250\;cm^{-1}$ was related with the formation of pores. If the oxygen is deficient condition, the methylradicals of the electron-rich substitution group terminate easily the Si-O-Si cross-link, and the pore is originated from the cross-link breakdown due to much methyl radicals of Si-$CH_3$. The dielectric constant of the films decreases due to pore generation.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.11a
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pp.431-432
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2008
HIT Solar Cell은 단결정 실리콘 웨이퍼가 초박막 amorphos 실리콘 층으로 싸여있는 구조이다. HIT Solar Cell에서 amorphos 실리콘의 두께와 도핑 농도는 태양전지의 효율을 결정하는 매우 중요한 요인이다. 본 논문에서는 높은 효율을 갖는 태양전지 설계를 위해 AFORS HET 프로그램을 이용하여 TCO_a-Si:H(p)_a-Si:H(i)_c-Si(n)_Al 구조를 설계했다. 후에 a-Si:H(p)의 두께와 a-Si:H(i) 의 두께를 가변하며 효율을 측정하였고, p-i-n 구조에서 n+ 층을 추가함에 따라 변하는 효율을 측정하였다. 최적화 한 결과 $V_{oc}$ = 693mV, $J_{sc}$ = 3891mA/$cm^{-2}$, FF = 8363%, $E_{ff}$ = 22.55% 의 고효율을 얻었다.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2007.04a
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pp.19-19
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2007
Recently, we have developed p-i-n hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) single junction (SJ) thin film solar cells with RF (13,56MHz) plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) systems, and also successfully fabricated the mini-modules (>300$cm^2$), using laser scribing technique to form an integrated series connection, The efficiency of a mini-module was 7.4% (Area=305$cm^2$, $I_{SC}$=0.25A, $V_{OC}$=14.74V, FF=62%).
The composites in the system aluminium titanate-mullite were synthesized by stepwise alkoxide hydrolysis of tetraethylorthosilicate, Si(OCLH5), and titaniumtetraethoxide, $Ti(OC_{2}H_{5})_4$ in $Al_{2}O_{3}$ ethanolic colloidal solution. All particles produced by sol-gel-process were amorphous, monodispesed and had a narrow particle size distribution. Sintered bodies at $1600 ^{\circ}C$ for 2h were subjected to prolonged durability tests-on the one hand annealing at the critical decomposition temperature of $1100 ^{\circ}C$ for lOOh and on the other cyclic thermal shock between 750 and $1400 ^{\circ}C$ for 100h. The best thermal durability was achieved by a composition containing 70 and 80 vol% aluminium titanate, which showed little change in microstructure and thermal expansion cycles during the tests. The microstructural degradation of samples studied using scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and dilatometry, was presented here. The study was conducted in order to predict the service life of aluminium titanate-mullite ceramics formed by this processing route.
The porous SiO$_2$-B$_2$O$_3$ membrane was prepared from Si(OC$_2$$H_5$)$_4$-($CH_3$O)$_3$B-C$_2$$H_5$OH-$H_2O$ system by sol-gel method. In order to investigate the characteristics of this membrane, we examined that using BET, IR spectrophotometer, X-ray diffractometer, SEM and TEM. At $700^{\circ}C$, the surface area of SiO$_2$-B$_2$O$_3$ membrane was 354.398 $m^2$/, the median pore diameter was 0.0048 ${\mu}{\textrm}{m}$, and the particle size of SiO$_2$-B$_2$O$_3$ membrane was 7 nm. The separation properties of the gas mixture ($H_2$/$N_2$) through the SiO$_2$-B$_2$O$_3$ membrane was studied as a function of pressure. The real separation factor($\alpha$) of SiO$_2$-B$_2$O$_3$ membrane for $H_2$/$N_2$ gas mixture was 4.68 at 155.15 cmHg and $25^{\circ}C$. The real separation factor($\alpha$), head separation factor($\beta$) and tail separation factor((equation omitted)) were increased as the pressure of permeation cell increased.
In the present study an attempt was made to synthesize the $Al_2O_3$.$2SiO_2$ glass in which atomic ratio is Al:Si=1:1 by sol-gel process. And at such a low temperature as 55$0^{\circ}C$ clear amorphous gel derived glass with Si-O-Al bonding was obtained. $Si(OC_2H_5)_4$ and $Al(NO_3)_3$.$9H_2O$ were used as the precursor and among the mutual solvents only n-butanol gave good results for the synthesis of the gel derived glass. Partial hydrolysis of TEOS with one-fold mol of $H_2O$ prior to the reaction with aluminum nitrate gave the better results., Total oxide content to the total reactants by weight was affective to the results.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.153-153
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2010
p-i-n 형 비정질 실리콘 박막 태양전지에서 p층은 창물질(window material)로서 전기 전도도가 크고, 빛 흡수가 적어야한다. p층의 두께가 얇으면 p층 전체가 depletion layer가 되고 충분한 diffusion potential을 얻을 수 없어 open-circuit voltage ($V_{oc}$)가 작아진다. 반대로 p층 두께가 두꺼워지면 빛 흡수가 증가하고, 표면 재결합이 문제가 되어 변환효율이 감소한다. 밴드갭이 큰 물질로 창층을 제작하게 되면 보다 짧은 파장의 입사광이 직접 i층을 비추므로 Short-circuit current ($I_{sc}$) 와 fill factor를 증가시킬 수 있다. 하여 본 연구에서는 기존의 창층으로 사용되는 Boron을 doping한 p-type a-Si:H 대신에 $N_2O$를 첨가한 p-type a-$SiO_x$:H의 $N_2O$ flow rate에 따른 밴드갭의 변화에 관한 연구를 수행하였다. p-type a-$SiO_x$:H Layer는 $SiH_4$, $H_2$, $N_2O$, $B_2H_6$ 가스를 혼합하여 증착하게 되는데 $SiH_4$, 가스와 $H_2$ 가스의 혼합비는 1:20, $B_2H_6$ 농도는 0.5%로 고정 하였으며 $N_2O$의 flow rate을 가변하며 증착하였다. $N_2O$의 가변조건은 5에서 50sccm으로 가변하여 증착하며 일반적으로 사용되는 RF-PECVD (13.56MHz)를 이용하였고 증착 온도는 175도, 전극간의 거리는 40mm, 파워와 압력은 30W, 700mTorr로 고정하여 진행하였다. 전기적 특성을 알아보기 위해 eagle 2000 Glass를 사용하였고 구조적 특성은 p-type wafer를 사용하여 각각 대략 200nm의 두께로 증착하였다. 증착 두께는 Ellipsometry를 이용하였으며 전기 전도도는 Agilent사의 4156c를 구조적특성은 FT-IR을 사용하여 측정하였다. Conductivity(${\sigma}_d$)는 $N_2O$가 증가함에 따라 $8.73\;{\times}\;10^{-6}$에서 $5.06\;{\times}\;10^{-7}$으로 감소하였고 optical bandgap ($E_{opt}$)은 1.71eV에서 2.0eV로 증가함을 알 수 있었다. 또한 reflective index(n)의 경우는 4.32에서 3.52로 감소함을 나타내었다. 기존의 p-type a-Si:H에 비해 상당한 $E_{opt}$을 가지므로 빛 흡수에 의한 손실을 줄임으로서 $V_oc$를 향상 시킬 수 있으며 동시에 짧은 파장에서의 입사광이 직접 i층을 비추므로 $I_{sc}$와 FF를 향상 시킬 수 있으리라 예상된다. 다소 낮은 전도도만 개선한다면 고효율의 박막 태양전지를 제작 할 수 있을 것으로 기대된다.
Mullite-PSZ powders were synthesized by the sol-gel process using Al(sec-OC4H9)3, Si(OC2H5)4, ZrOCl2$.$8H2O and YCl3 solution and the characteristics of synthesized powders were studied. The sinterability and mechanical properties of powder compacts sintered at 1670$^{\circ}C$ for 4hr were also studied for various PSZ contents. ${\gamma}$-Al2O3(Al-Si spinel) formed at 980$^{\circ}C$ from amorphous dried gel, and mullite as well as ZrO2 formed above 1200$^{\circ}C$. At the room temperature, ZrO2 was a mixture of tetragonal and monoclinic phases. The specimens were densified to 97∼98% except the specimen containing 25 vol% PSZ which showed the relative density of 94%. The K1c value increased with the PSZ content and showed a maximum value of 4.1 MN/m3/2 at 25 vol% PSZ; this value was about 50% higher than that of the mullite without PSZ. Flexural strength had a maximum value of 280 Mn/㎡ at 20 vol% PSZ. In contrast, at 25 vol%, the flexural strength was even lower than that of the mullite possibly due to higher porosity of 6%.
Lee, JiEun;Jo, Jun Sik;Park, Sang Hyun;Yoon, Kyung Hoon;Song, Jinsoo;Kim, Dong Hwan;Lee, Jeong Chul
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2010.06a
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pp.63.2-63.2
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2010
삼중접합 태양전지에 상부전지로 이용되는 a-SiO:H 태양전지는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition)을 이용하여 증착하였다. i a-SiO:H는 $CO_2/SiH_4$ 비율을 변화하여 밴드갭을 조절하였다. $CO_2/SiH_4$가 0에서 0.43으로 증가 할수록 밴드갭이 1.74 eV에서 1.94 eV로 증가하는 경향을 보였다. 이는 FTIR에서 나타난 결과인 Si-O-Si 결합의 증가 때문인 것으로 판단한다. 그에 반해서 광 전도도는 감소하는 경향을 보였다.그러나 암전도도와 광전도도의 비율인 광민감도는 $10^5$에서 $10^4$의 값으로 비정질 태양전지에 적용가능한 값을 보였다. 이러한 박막 특성을 가진 i a-SiO:H를 이용하여 비정질 실리콘 태양전지를 제작한 결과 $CO_2/SiH_4$의 비율이 증가함에 따라 태양전지의 $V_{oc}$가 0.8 V에서 0.5 V로 현저하게 감소하였고, $J_{sc}$와 FF 역시 11 $mA/cm^2$에서 4 $mA/cm^2$, 69%에서 50%로 감소하였다. 단위박막 결함을 측정하는 CPM(Constant Photocurrent Method)을 이용하여 i a-SiO:H 내부에 $10^{16}cm^{-3}$ 정도의 내부 결함을 관찰하였고 이는 태양전지의 특성 감소와 관련이 있는 것으로 판단한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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