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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김영관
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 인천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수7
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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방향성 응고법을 통해 생산되는 다결정 규소 잉곳은 단결정 규소 잉곳에 비해 대용량 생산이 가능하여 생산 속도와 수율, 생산 단가 등에서 우수하다. 그러나 다결정 규소는 결정 성장 중에 발생되는 결함에 의해 소수전하 운반체 수명이 감소되며, 그에 따라 전지의 효율이 단결정 규소만큼 높지 않다. 이러한 결함의 발생을 최소화하기 위해 결정의 성장 방향, 냉각 속도, 결정립계 조절 등의 연구가 이루어지고 있다.
본 논문에서는 4가지 형태(원뿔형, 십자 분할, 30mm 크기, 10mm 크기)의 종자결정을 사용하여 다결정 규소 잉곳을 성장시켜 종자결정의 형태에 따른 차이를 조사하였다. 또한 다결정 규소 잉곳의 성장에 최적의 형태인 종자결정을 사용하여 잉곳의 성장 조건에 따른 차이를 조사하였다.
4가지 형태의 종자결정 중에서 30mm의 크기로 파쇄한 종자결정을 사용하여 성장시킨 잉곳의 소수전하 운반체 수명이 가장 높게 측정되었다. 특히 도가니의 하강 길이를 종자결정의 높이와 비슷하게 하강시켰을 때에 소수전하 운반체 수명이 가장 높게 측정되었다. 그러나 작게 파쇄한 종자결정을 사용한 경우는 도가니에 넣은 종자결정의 양이 지나치게 많았다는 점과 도가니의 하강 길이가 조절되지 못한 점, 그에 따라 결정립의 성장에 영향을 미칠 수 있는 정도의 종자결정의 용융이 미비한 문제점이 발생하였다.
작게 파쇄한 종자결정의 경우들을 제외하고 원뿔형과 십자로 분할된 종자결정을 사용하여 성장시킨 잉곳을 분석해보았다. 십자로 분할된 종자결정을 사용한 경우에서 전위의 밀도뿐만 아니라 잔류 응력이 낮게 측정되었다. 그에 따라 전위와 잔류 응력에 영향을 받는 소수전하 운반체 수명도 높게 측정되었다. 하지만 소수전하 운반체 수명이 낮은 영역이 웨이퍼의 가운데에서 발생하여 잉곳의 상부로 갈수록 가장자리로 확장되는 것이 관찰되었다. 그로 인하여 다결정 규소 잉곳의 성장에 최적인 종자결정 조건은 원뿔형이라는 결과를 얻었다.
원뿔형의 종자결정을 사용하여 성장 속도에 따른 잉곳의 차이를 분석해 보았다. 성장 속도가 느리게 진행된 잉곳이 빠르게 진행된 잉곳에 비해 전위의 밀도뿐만 아니라 발생된 잔류 응력이 낮게 측정되었다. 그에 따라 소수전하 운반체 수명도 높게 측정되었다. 이를 통해 도가니의 하강 속도를 감소시키고 어닐링 시간을 증가시킴으로써 전위와 잔류 응력의 발생을 감소시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다.
이로써 향상된 품질의 다결정 규소 잉곳을 성장시킬 수 있는 조건들을 찾아보았지만, 태양전지의 효율에 무엇보다 큰 영향을 미칠 수 있는 소수전하 운반체 수명을 고려하였을 때에 가장 이상적인 종자결정은 작게 파쇄한 형태라고 판단된다. 특히 잉곳의 상부를 관찰하였을 때에 다른 형태의 종자결정을 사용하여 성장시킨 잉곳의 상부에 비해 소수전하 운반체 수명이 높은 영역이 증가된 것을 볼 수 있었다. 이것은 중부에서부터의 결정립 성장으로 상부에서 비교적 큰 크기의 결정립을 얻었기 때문이라고 여겨진다. 따라서 여러 가지 조건들의 변화를 통해 작게 파쇄한 종자결정을 사용하여 향상된 품질의 다결정 규소 잉곳을 성장시킬 수 있다고 판단된다.
본 논문에서는 4가지 형태(원뿔형, 십자 분할, 30mm 크기, 10mm 크기)의 종자결정을 사용하여 다결정 규소 잉곳을 성장시켜 종자결정의 형태에 따른 차이를 조사하였다. 또한 다결정 규소 잉곳의 성장에 최적의 형태인 종자결정을 사용하여 잉곳의 성장 조건에 따른 차이를 조사하였다.
4가지 형태의 종자결정 중에서 30mm의 크기로 파쇄한 종자결정을 사용하여 성장시킨 잉곳의 소수전하 운반체 수명이 가장 높게 측정되었다. 특히 도가니의 하강 길이를 종자결정의 높이와 비슷하게 하강시켰을 때에 소수전하 운반체 수명이 가장 높게 측정되었다. 그러나 작게 파쇄한 종자결정을 사용한 경우는 도가니에 넣은 종자결정의 양이 지나치게 많았다는 점과 도가니의 하강 길이가 조절되지 못한 점, 그에 따라 결정립의 성장에 영향을 미칠 수 있는 정도의 종자결정의 용융이 미비한 문제점이 발생하였다.
작게 파쇄한 종자결정의 경우들을 제외하고 원뿔형과 십자로 분할된 종자결정을 사용하여 성장시킨 잉곳을 분석해보았다. 십자로 분할된 종자결정을 사용한 경우에서 전위의 밀도뿐만 아니라 잔류 응력이 낮게 측정되었다. 그에 따라 전위와 잔류 응력에 영향을 받는 소수전하 운반체 수명도 높게 측정되었다. 하지만 소수전하 운반체 수명이 낮은 영역이 웨이퍼의 가운데에서 발생하여 잉곳의 상부로 갈수록 가장자리로 확장되는 것이 관찰되었다. 그로 인하여 다결정 규소 잉곳의 성장에 최적인 종자결정 조건은 원뿔형이라는 결과를 얻었다.
원뿔형의 종자결정을 사용하여 성장 속도에 따른 잉곳의 차이를 분석해 보았다. 성장 속도가 느리게 진행된 잉곳이 빠르게 진행된 잉곳에 비해 전위의 밀도뿐만 아니라 발생된 잔류 응력이 낮게 측정되었다. 그에 따라 소수전하 운반체 수명도 높게 측정되었다. 이를 통해 도가니의 하강 속도를 감소시키고 어닐링 시간을 증가시킴으로써 전위와 잔류 응력의 발생을 감소시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다.
이로써 향상된 품질의 다결정 규소 잉곳을 성장시킬 수 있는 조건들을 찾아보았지만, 태양전지의 효율에 무엇보다 큰 영향을 미칠 수 있는 소수전하 운반체 수명을 고려하였을 때에 가장 이상적인 종자결정은 작게 파쇄한 형태라고 판단된다. 특히 잉곳의 상부를 관찰하였을 때에 다른 형태의 종자결정을 사용하여 성장시킨 잉곳의 상부에 비해 소수전하 운반체 수명이 높은 영역이 증가된 것을 볼 수 있었다. 이것은 중부에서부터의 결정립 성장으로 상부에서 비교적 큰 크기의 결정립을 얻었기 때문이라고 여겨진다. 따라서 여러 가지 조건들의 변화를 통해 작게 파쇄한 종자결정을 사용하여 향상된 품질의 다결정 규소 잉곳을 성장시킬 수 있다고 판단된다.
목차
1. 서론 11.1. 연구 배경과 목적 11.2. 규소 결정계 태양전지 연구동향 31.2.1. 단결정 규소 연구동향 31.2.2. 다결정 규소 연구동향 62. 이론적 배경 112.1. 규소 태양전지 기판 재료 112.2. 다결정 규소 잉곳 제조 기술 132.3. 다결정 규소 태양전지 제조 공정 152.3.1. 표면 조직화(Texturing) 152.4. 다결정 규소 기판의 특성 평가 172.4.1. 결정 구조 172.4.2. 결정 입자 크기 172.4.3. 결정 결함 172.4.4. 불순물 혼입 농도 182.5. 태양전지의 기초 이론 192.5.1. 빛 흡수 및 전하생성 작용 192.5.2. 전하의 재결합 소멸 192.5.3. 광 생성 전하 분리 192.5.4. 규소 태양전지의 고효율화 203. 실험 방법 233.1. 다결정 규소 잉곳 성장 장비 233.2. 다결정 규소 잉곳의 성장 조건 실험 253.3. 다결정 규소 잉곳의 성장 273.4. 다결정 규소 잉곳의 샘플 제작 공정 및 분석 314. 결과 및 고찰 344.1. 종자결정의 형태에 따른 비교 분석 344.1.1. 소수전하 운반체 수명 344.1.2. 결함 밀도 394.1.3. 웨이퍼의 평탄도, 뒤틀림, 휨, 절단자국 444.2. 성장 조건에 따른 비교 분석 464.2.1. 소수전하 운반체 수명 464.2.2. 결함 밀도 484.2.3. 웨이퍼의 평탄도, 뒤틀림, 휨, 절단자국 544.3. 향후 다결정 규소 잉곳의 성장 개발 방향 565. 결론 58참고문헌 59영문초록 62
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