This paper presents a proper condition to achieve above 19 % conversion efficiency using PC1D simulator. Cast poly-Si wafers with resistivity of 1 $\Omega$-cm and thickness of 250 ${\mu}{\textrm}{m}$ were used as a starting material. Various efficiency influencing parameters such as rear surface recombination velocity and minority carrier diffusion length in the base region, front surface recombination velocity, junction depth and doping concentration in the Emitter layer, BSF thickness and doping concentration were investigated. Optimized cell parameters were given as rear surface recombination of 1000 cm/s, minority carrier diffusion length in the base region 200 ${\mu}{\textrm}{m}$, front surface recombination velocity 100 cnt/s, sheet resistivity of emitter layer 100 $\Omega$/$\square$, BSF thickness 5 ${\mu}{\textrm}{m}$, doping concentration 5$\times$10$^{19}$ cm$^3$ . Among the investigated variables, we learn that a diffusion length of base layer acts as a key factor to achieve conversion efficiency higher than 19 %. Further details of simulation parameters and their effects to cell characteristics are discussed in this paper.
Continuous efforts are being made to improve the efficiency of Si solar cells, which is the prevailing technology at this time. As opposed to the standard front-lit solar cell design, the back-lit design suffers no shading loss because all the metal electrodes are placed on one side close to the pn junction, which is referred to as the front side, and the incoming light enters the denuded back side. In this study, a systematic comparison between the two designs was conducted by means of computer simulation. Medici, a two-dimensional semiconductor device simulation tool, was utilized for this purpose. The $0.6{\mu}m$ wavelength, the peak value for the AM-1.5 illumination, was chosen for the incident photons, and the minority-carrier recombination lifetime (${\tau}$), a key indicator of the Si substrate quality, was the main variable in the simulation on a p-type $150{\mu}m$ thick Si substrate. Qualitatively, minority-carrier recombination affected the short circuit current (Isc) but not the opencircuit voltage (Voc). The latter was most affected by series resistance associated with the electrode locations. Quantitatively, when ${\tau}{\leq}500{\mu}s$, the simulation yielded the solar cell power outputs of $20.7mW{\cdot}cm^{-2}$ and $18.6mW{\cdot}cm^{-2}$, respectively, for the front-lit and back-lit cells, a reasonable 10 % difference. However, when ${\tau}$ < $500{\mu}s$, the difference was 20 % or more, making the back-lit design less than competitive. We concluded that the back-lit design, despite its inherent benefits, is not suitable for a broad range of Si solar cells but may only be applicable in the high-end cells where float-zone (FZ) or magnetic Czochralski (MCZ) Si crystals of the highest quality are used as the substrate.
Due to the grainboundary recombination and the poor diffusion length, the polycrystalline cell efficiency is lower than the singlecrystalline cell. In order to define the effect of grains and grain-boundaries, 2 - dimensional differential diffusion equations of minority carrier are modelled. To solve them, two theoretical formulas are derived, which can be evaluated the grainboundary recombination velocity and the grain diffusion length. Also computer-aided numerical analysis is given.
고효율 다결정 태양전지 제작의 방향을 제시하기 위해 PC1D 프로그램을 이용하여 전, 후면 재결합 속도, 소수 캐리어 확산거리, 접합깊이, 에미터 층 면저항, 후면 전계층이 미치는 영향을 조사하였다. 최적화된 전지 파라미터는 후면 재결합 속도 1000 cm/sec, 베이스 층에서의 소수 캐리어 확산거리 50 [${\mu}m$], 전면 재결합 속도 100 [cm/sec], 에미터 층 면저항 $100{\Omega}/\Box$, 후면 전계층 두께 및 도핑 농도는 각각 0.5 [${\mu}m$]와 $5{\times}10^{19}\;cm^{-3}$로 조사되었다. 특히 19.8% 이상의 변환효율을 얻기 위해서는 베이스층의 확산거리가 가장 중요한 파라미터임을 알 수 있었다.
Minority Carrier recombination should be suppressed for high efficiency solar cells. However, impurities in the silicon bulk region deteriorate the minority carrier lifetimes, causes conversion efficiency drop. In this study, we introduced phosphorus external gettering for silicon heterojunction solar cell substrates. Gettering was undergone at 750, 800, 850 and $900^{\circ}C$ in furnace for 30 minutes. Bulk lifetimes and calculated diffusion length were improved. We applied phosphorus gettering to silicon heterojunction solar cells. Gettered group and ungettered group were used as substrate of silicon heterojunction solar cells. After fabrication, characteristics of solar cells were analyzed. The results were observed to see the enhancement of substrate quality which directly connects with solar cell properties.
A new analytical model for the base current of Si/SiGe/Si heterojunction bipolar transistors(HBTs) has been developed. This model includes the hole injection current from the base to the emitter, and the recombination components in the space charge region(SCR) and the neutral base. Distinctly different from other models, this model includes the following effects on each base current component by using the boundary condition of the excess minority carrier concentration at SCR boundaries: the first is the effect of the parasitic potential barrier which is formed at the Si/SiGe collector-base heterojunction due to the dopant outdiffusion from the SiGe base to the adjacent Si collector, and the second is the Ge composition grading effect. The effectiveness of this model is confirmed by comparing the calculated result with the measured plot of the base current vs. the collector-base bias voltage for the ungraded HBT. The decreasing base current with the increasing the collector-base reverse bias voltage is successfully explained by this model without assuming the short-lifetime region close to the SiGe/Si collector-base junction, where a complete absence of dislocations is confirmed by transmission electron microscopy (TEM)[1].The recombination component in the neutral base region is shown to dominate other components even for HBTs with a thin base, due to the increased carrier storage in the vicinity of the parasitic potential barrier at collector-base heterojunction.
Background: When bipolar junction transistors (BJTs) are used as switches, their switching characteristics can be deteriorated because the recombination time of the minority carriers is long during turn-off transient. When BJTs operate as low frequency switches, the power dissipation in the on-state is large. However, when BJTs operate as high frequency switches, the power dissipation during switching transients increases rapidly. Materials and Methods: When silicon (Si) BJTs are irradiated by fast neutrons, defects occur in the Si bulk, shortening the lifetime of the minority carriers. Fast neutron irradiation mainly creates displacement damage in the Si bulk rather than a total ionization dose effect. Defects caused by fast neutron irradiation shorten the lifetime of minority carriers of BJTs. Furthermore, these defects change the switching characteristics of BJTs. Results and Discussion: In this study, experimental results on the switching characteristics of a pnp Si BJT before and after fast neutron irradiation are presented. The results show that the switching characteristics are improved by fast neutron irradiation, but power dissipation in the on-state is large when the fast neutrons are irradiated excessively. Conclusion: The switching characteristics of a pnp Si BJT were improved by fast neutron irradiation.
초크랄스키 실리콘 기판의 뒷면에 형성된 기계적 손상이 미치는 효과에 대하여 고찰하였다. 기계적 손상의 정도는 레이저 여기/극초단파 반사 광전도 감쇠법에 의한 소수반송자 재결합 수명, X-선 단면 측정 및 습식 산화/선택적 식긱 방법으로 평가하였다. 그 결과, 웨이퍼 뒷면에 가해지는 기계적 손상의 세기가 강할수록 소수반송자 재결합 수명은 짧아지고, 산만 산란 정도와 X-선 과잉 강도의 적분값은 비례적으로 증가하였으며, 그 값을 Grade 1의 손상된 웨이퍼에서의 과잉 강도로 정규화하면 과잉 강도의 상대 정량비는 Geade 1:Grade 2:Grade 3 = 1:7:18.4이다.
결정질 태양전지 제작에서, passavtion은 표면의 반사도를 줄여주는 반사 방지막의 역할과 표면의 dangling bond를 감소시켜, 표면 재결합 속도를 줄이고 minority carrier lifetime을 증가하는 데 큰 영향을 미친다. 그렇기 때문에 저가형 고효율 태양전지 제작에서 우수한 특성을 가지는 passivation막은 매우 중요한 이슈이다. 본 연구에서는 LBC(local back contact) 구조를 가지는 단결정 태양전지 후면에, 기존의 Full Al-BSF의 passivation 막을 SiNx와 ONO passivation 막으로 각각 대체하여, LBC 구조에서 더 적합한 passivation 막을 찾고자 하였다. SiNx와 ONO passivation 막은 단결정 LBC 구조 태양전지 후면에 각각 형성되었고 $800^{\circ}C$, 20 sec 조건으로 소성되었다. 실험결과는 minority carrier lifetime과 surface recombination velocity로 관찰하였다. 그 결과, SiNx passivation 막의 표면 재결합 속도는 29.7cm/s이고, ONO passivation 막의 표면 재결합 속도는 24.5cm/s로, Full Al-BSF 표면 재결합 속도 750cm/s에 비해 더 적합한 passivation 막으로 확인할 수 있었다. 결과적으로 SiNx,ONO passivation 막이 Full Al-BSF보다 전극에 수집되는 캐리어의 양이 많아짐에 따라 효율향상을 가져올 수 있을 것이다.
This paper presents a proper condition to achieve above 17 % conversion efficiency using PC1D simulator. Crystalline silicon wafer with thickness of $240{\mu}m$ was used as a starting material. Various efficiency influencing parameters such as rear surface recombination velocity and minority carrier diffusion length in the base region, front surface recombination velocity, junction depth and doping concentration in the Emitter layer. Among the investigated variables, we learn that 2nd doping concentration as a key factor to achieve conversion efficiency higher than 17 %.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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