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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 서화일
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 한국기술교육대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수4
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2019
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본 논문에서는 결정질 실리콘 태양전지의 효율 향상을 목적으로 n? 이
미터의 인(P) 불순물 표면 농도 및 접합 깊이 개선을 위하여 PIII
(Plasma immersion ion implantation) 방식을 이용한 이미터 형성에 관한
연구와 금속 나노입자의 빛 산란효과에 따른 빛의 흡수율 증가를 위하여
Ag nano-dots 구조를 태양전지에 적용하는 연구를 진행하였다.
PIII 방식으로 n? 이미터를 형성하기 위하여, 먼저 불순물 도즈(Dose)량
과 열처리 조건(온도 및 시간), 공정시의 산소 가스 유량에 따른 면전항의
변화와 소수캐리어 수명, implied Voc, 포화전류밀도 등을 측정하여 비교·
분석 하였다. 그 결과, 1.3x10¹? atmos/㎤ 도즈량, 875℃ / 20분 열처리,
2000 sccm 산소 가스 유량 조건에서 61.57 Ω/sq 면저항을 가짐을 확인
할 수 있었으며, 이때의 소수캐리어 수명과 implied Vocrk 각각 34.43㎲
와 0.630 V로 가장 높은 특성을 보였다. 결정질 실리콘 태양전지의 제조
결과 PIII 방식으로 이미터 형성 시 개방전압 0.609 V, 단락전류밀도
37.55 ㎃/㎠, 곡선인자 77.98%, 효율 17.83% 이었으며, 특히 효율이
one-step thermal diffusion 방식보다 1.65%, two-step thermal diffusion
방식보다 0.92% 향상되었다. SIMS 분석 결과 PIII 방식의 P 불순물 표면
농도가 약 3x10²? atmos/㎤로써 약 1.8x10²¹ atmos/㎤ 의 one-step 및 약
7.2x10²? atmos/㎤ 의 two-step thermal diffusion 방식에 비해 낮았다.
이로 인하여 PII 방식의 경우 열 확산 방식보다 높은 소수캐리어 수명 및
낮은 포화전류밀도, 단파장 영역의 내부양자효율 개선을 보였다.
Ag nano-dots 구조를 결정질 실리콘 태양전지에 적용하기 위하여, 먼
저 Ag 박막의 두께 및 열처리 조건(온도 및 시간), HF 처리시간, SiNx 막
의 두께 및 위치에 따라 형성된 Ag nano-dots 구조의 반사율 변화를 측
정·분석하였다. 그 결과 90㎚ SiNx막 위에 10㎚ Ag 박막 및 650℃에서
30분 동안의 열처리 조건으로 Ag nano-dots 구조를 형성한 후 60초 동안
HF 처리를 진행한 시료의 반사율이 2.95%로써 Si/SiNx 구조의 반사율 보
다 0.19% 더 낮았다. 결정질 실리콘 태양전지의 Ag nano-dots 구조 적용
으로 내부 양자효율이 540~1100㎚ 파장범위에서 10.91% 개선되었지만
360~520㎚ 파장범위에서 27.92% 감소하였다. 그 결과 단락전류밀도가
3.07㎃/㎠ 감소하여 효율 16.66%를 보였다. 360~520㎚ 파장범위에서
내부양자효율 감소는 Ag 알갱이가 이미터 표면에 생성된 캐리어를 trap
하거니 Ag nano-dots 구조에 최적화되지 않은 SiNx막, 증가한 공정 단계
로 인한 오염 가능성 증가 때문으로 판단된다.
본 연구를 통해 PIII 방식으로 n? 이미터 형성 시 표면 불순물 농도를
낮게 형성하여 전자-정공쌍의 재결합 확률이 감소하였고, 그로인한 태양
전지 효율의 개선을 확인할 수 있었다. 또한 나노 구조물로 인한 빛의 산
란으로 실리콘 웨이퍼 내부로 통과된 입사광의 광학 거리가 증가하여 540
~1100㎚ 파장범위에서 가시광선 및 근자외선 영역의 내부양자효율을 증
가시킬 수 있었다.
미터의 인(P) 불순물 표면 농도 및 접합 깊이 개선을 위하여 PIII
(Plasma immersion ion implantation) 방식을 이용한 이미터 형성에 관한
연구와 금속 나노입자의 빛 산란효과에 따른 빛의 흡수율 증가를 위하여
Ag nano-dots 구조를 태양전지에 적용하는 연구를 진행하였다.
PIII 방식으로 n? 이미터를 형성하기 위하여, 먼저 불순물 도즈(Dose)량
과 열처리 조건(온도 및 시간), 공정시의 산소 가스 유량에 따른 면전항의
변화와 소수캐리어 수명, implied Voc, 포화전류밀도 등을 측정하여 비교·
분석 하였다. 그 결과, 1.3x10¹? atmos/㎤ 도즈량, 875℃ / 20분 열처리,
2000 sccm 산소 가스 유량 조건에서 61.57 Ω/sq 면저항을 가짐을 확인
할 수 있었으며, 이때의 소수캐리어 수명과 implied Vocrk 각각 34.43㎲
와 0.630 V로 가장 높은 특성을 보였다. 결정질 실리콘 태양전지의 제조
결과 PIII 방식으로 이미터 형성 시 개방전압 0.609 V, 단락전류밀도
37.55 ㎃/㎠, 곡선인자 77.98%, 효율 17.83% 이었으며, 특히 효율이
one-step thermal diffusion 방식보다 1.65%, two-step thermal diffusion
방식보다 0.92% 향상되었다. SIMS 분석 결과 PIII 방식의 P 불순물 표면
농도가 약 3x10²? atmos/㎤로써 약 1.8x10²¹ atmos/㎤ 의 one-step 및 약
7.2x10²? atmos/㎤ 의 two-step thermal diffusion 방식에 비해 낮았다.
이로 인하여 PII 방식의 경우 열 확산 방식보다 높은 소수캐리어 수명 및
낮은 포화전류밀도, 단파장 영역의 내부양자효율 개선을 보였다.
Ag nano-dots 구조를 결정질 실리콘 태양전지에 적용하기 위하여, 먼
저 Ag 박막의 두께 및 열처리 조건(온도 및 시간), HF 처리시간, SiNx 막
의 두께 및 위치에 따라 형성된 Ag nano-dots 구조의 반사율 변화를 측
정·분석하였다. 그 결과 90㎚ SiNx막 위에 10㎚ Ag 박막 및 650℃에서
30분 동안의 열처리 조건으로 Ag nano-dots 구조를 형성한 후 60초 동안
HF 처리를 진행한 시료의 반사율이 2.95%로써 Si/SiNx 구조의 반사율 보
다 0.19% 더 낮았다. 결정질 실리콘 태양전지의 Ag nano-dots 구조 적용
으로 내부 양자효율이 540~1100㎚ 파장범위에서 10.91% 개선되었지만
360~520㎚ 파장범위에서 27.92% 감소하였다. 그 결과 단락전류밀도가
3.07㎃/㎠ 감소하여 효율 16.66%를 보였다. 360~520㎚ 파장범위에서
내부양자효율 감소는 Ag 알갱이가 이미터 표면에 생성된 캐리어를 trap
하거니 Ag nano-dots 구조에 최적화되지 않은 SiNx막, 증가한 공정 단계
로 인한 오염 가능성 증가 때문으로 판단된다.
본 연구를 통해 PIII 방식으로 n? 이미터 형성 시 표면 불순물 농도를
낮게 형성하여 전자-정공쌍의 재결합 확률이 감소하였고, 그로인한 태양
전지 효율의 개선을 확인할 수 있었다. 또한 나노 구조물로 인한 빛의 산
란으로 실리콘 웨이퍼 내부로 통과된 입사광의 광학 거리가 증가하여 540
~1100㎚ 파장범위에서 가시광선 및 근자외선 영역의 내부양자효율을 증
가시킬 수 있었다.
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