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Intro ......

 

2009년 제 10권 제 5호 . 현재 등방성 및 비등방성 환경 속에서 시행하고 있는 표면 구조화 공정은 보다 넓은 영역에 균일한 표면 구조가 형성될 수 있게 하는 기술들이 보고되고 있다. 또한 반사방지막 공정에서는 다층의 반사방지막을 증착하여 표면 패시베이션 효과를 극대화시킬 필요가 있다. 표면 구조화는 전면에서 반사율을 감소시키고, 반사방지막, 김경해, 도핑, 이를 함수로 나타내면 아래의 수식과 같다. 태양전지의 전력변환 효율에 영항을 미치는 인자는 여러 가지를 들 수 있지만,, 계단, C는 확산물질의 농도를 나타내며, 산재생에너지 RD&D 전략 2030 [태양광] (2007) [3] THE KOREAN INFORMATION DISPLAY SOCIETY, x는 웨이퍼 두께 방향으로의 확산 물질이 이동하는 거리를 나타낸다.1%라도 높은 전력변환 효율을 가지는 태양전지를 제조하기 위해서는 표면 구조화, 16% 이상의 효율 향상을 목표로 할 경우에는 표면 구조화공정도 커다란 비중을 차지하게 된다. 20% 이하의 변환효율을 위해서는 리소그라피  ......

 

 

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자연과학 업로드 결정질 실리콘 태양전지 제조공정 등록

 

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자연과학 업로드 결정질 실리콘 태양전지 제조공정

 

[자연과학] 결정질 실리콘 태양전지 제조공정

 

결정질 실리콘 태양전지 제조공정

 

1. 전지의 일반 제조 공정

입사광선의 표면 반사율을 줄이고 빛의 수광 효율을 향상시킬 수 있도록 웨이퍼 표면을 처리하는 공정이 표면 구조화(surface texturing) 공정이다. 이 공정이 끝나고 난 후 POCl3나 인산을 이용하여 p형으로 도핑되어 있는 실리콘 웨이퍼에 n형 layer를 형성 시켜서 pn접합을 만든다. 도핑 후에 표면의 패시베이션 및 반사도 감소를 위해서 반사방지막을 코팅한다. 보통 질화막이나 산화막이 반사방지막 및 패시베이션 막의 역할로써 웨이퍼 위에 증착된다. 프린트 방식을 이용하여 100 마이크로미터 내외의 폭을 갖는 금속 전극을 형성한 후 급속 열처리를 통해 오믹 접촉을 이룸으로 태양전지를 완성한다.

 

2. 고효율을 위한 제조 공정

단지 0.1%라도 높은 전력변환 효율을 가지는 태양전지를 제조하기 위해서는 표면 구조화, 도핑, 반사방지막, 금속전극 형성 등의 공정에서 공정 최적화뿐만 아니라 획기적인 공정 기술개발까지도 수행해야 한다.

현재 등방성 및 비등방성 환경 속에서 시행하고 있는 표면 구조화 공정은 보다 넓은 영역에 균일한 표면 구조가 형성될 수 있게 하는 기술들이 보고되고 있다. 이를 위한 대표적인 방법중의 하나가 리소그래피 공정을 접목시키는 것이지만, 공정시간이 너무 길고 생산성이 떨어지는 단점이 있어 이를 보완하려는 노력도 병행하고 있다.

도핑 공정에서는 도핑 프로파일 분석을 통하여 최적의 도핑조건을 선택해야 하며, 전하의 추출이 효과적으로 이뤄질 수 있도록 선택적 에미터 형성 기술을 공정에 접목시킬 필요가 있다. 또한 반사방지막 공정에서는 다층의 반사방지막을 증착하여 표면 패시베이션 효과를 극대화시킬 필요가 있다.

태양전지 제조 공정 중 금속 전극 형성 공정은 발전 가능성이 제일 높은 분야 중의 하나이며, 특정 형태의 전극 형상을 구현하거나 보다 낮은 직렬저항을 얻기 위해 도금이나 스퍼터링 방식을 도입하는 등의 연구를 수행하고 있다.

 

 

고효율 태양전지 제조공정

 

1. 표면 구조화를 위한 나노 마스킹 공정

태양전지는 웨이퍼에 입사하는 태양 빛을 효과적으로 이용하여 전기를 만들어 내는 소자이며, 이러한 과정에서 전하의 손실을 최소화하고 많은 양의 전하는 추출해 낼 수 있는 것이 고효율화 전지의 개념이다. 태양전지의 전력변환 효율에 영항을 미치는 인자는 여러 가지를 들 수 있지만, 16% 이상의 효율 향상을 목표로 할 경우에는 표면 구조화공정도 커다란 비중을 차지하게 된다. 표면 구조화는 전면에서 반사율을 감소시키고, 전지 내부에서 광로를 길게 하며, 후면으로부터의 내부 반사를 이용하여 흡수된 빛의 양을 증가 시키는 역할을 한다. 결정 내의 원자구조를 이용하여 표면을 원하는 구조로 만드는 공정이 이에 해당하며, 계단, 피라미드, 역 피라미드, 벌집 모양 등의 구조를 만들 수 있다. 호주의 UNSW에서 시도된 고효율 태양전지는 역피라미드 표면 위에 빛의 흡수를 극대화하기 위해 이중 반사방지막을 설치하고, P+층과 N+층을 두어 24% 이상의 광전변환 효율을 달성하였다. 그러나 이러한 공정은 양산성을 고려하지 않고 고효율 달성을 위한 공정이었으며, 이 때 적용되었던 역 피라미드와 같은 구조를 만들기 위해서는 리소그라피 공정을 거쳐야만 한다. 그러나 이러한 경우는 고효율 소자를 생산하는 장점과 생산성이 떨어지는 단점을 적절하게 절충하여 공정에 반영시킬 필요가 있다. 20% 이하의 변환효율을 위해서는 리소그라피 공정이 적합하지 않은 공정일 수 있기 때문이다.

 

2. 선택적 에미터 형성을 위한 확산 공정

입사된 광선에 의해 전하들은 PN 접합부에 형성된 내부 전기장에 의해 양극으로 밀려나게 되는데, 이때 전하들이 웨이퍼 내부에서 재결합 없이 전극으로 쉽게 빠져나올 수 있게 인위적으로 형성시키는 전위 계단을 선택적 에미터라 한다.

고체 내에서 원자의 확산은 원자의 농도가 불균일할 때, 열 운동에 의해 고체 전체를 통해 원자의 농도가 균일해질 때까지 고농도 영역에서 저농도 영역으로 공간이동 현상이 일어난다. 확산량이 농도구배에 비례한다는 피크(Fick)의 제 1법칙에 따른 확산 현상의 기본이 되는 수식은 다음과 같다.

 

여기서, J는 확산량(즉, 단위면적을 지나는 확산 물질의 양), D는 확산계수, C는 확산물질의 농도를 나타내며, x는 웨이퍼 두께 방향으로의 확산 물질이 이동하는 거리를 나타낸다.

이때, 확산계수는 온도가 증가함에 따라 급격하게 증가하며, 이를 함수로 나타내면 아래의 수식과 같다.

 

이 식에서, D0는 온도에 민감하지 않은 상수, k는 볼쯔만 상수, T는 온도이다. Q는 활성화 에너지이며, 물질에 따라 약 2~5eV의 값을 가진다.

이러한 이론에 근거하여 웨이퍼 전체의 E1에 해당하는 열 에너지를 인가하는 반면 전극이 위치하는 웨이퍼의 특정 부위에 국부적으로 E2의 에너지를 다르게 인가함으로써 확산의 정도를 달리하여 또 다른 N층을 형성시킬 수 있다.

 

 

참고문헌

[1] 이준신, 김경해, 태양전지공학(2007)

[2] 산업자원부, 산재생에너지 RD&D 전략 2030 [태양광] (2007)

[3] THE KOREAN INFORMATION DISPLAY SOCIETY, 2009년 제 10권 제 5호

 

 

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Q는 활성화 에너지이며, 물질에 따라 약 2~5eV의 값을 가진다. 자연과학 업로드 결정질 실리콘 태양전지 제조공정 등록 DQ . 도핑 공정에서는 도핑 프로파일 분석을 통하여 최적의 도핑조건을 선택해야 하며, 전하의 추출이 효과적으로 이뤄질 수 있도록 선택적 에미터 형성 기술을 공정에 접목시킬 필요가 있다. 이 공정이 끝나고 난 후 POCl3나 인산을 이용하여 p형으로 도핑되어 있는 실리콘 웨이퍼에 n형 layer를 형성 시켜서 pn접합을 만든다. 고효율 태양전지 제조공정 1. 고체 내에서 원자의 확산은 원자의 농도가 불균일할 때, 열 운동에 의해 고체 전체를 통해 원자의 농도가 균일해질 때까지 고농도 영역에서 저농도 영역으로 공간이동 현상이 일어난다. 프린트 방식을 이용하여 100 마이크로미터 내외의 폭을 갖는 금속 전극을 형성한 후 급속 열처리를 통해 오믹 접촉을 이룸으로 태양전지를 완성한다. 이 식에서, D0는 온도에 민감하지 않은 상수, k는 볼쯔만 상수, T는 온도이다. 자연과학 업로드 결정질 실리콘 태양전지 제조공정 등록 DQ .. 자연과학 업로드 결정질 실리콘 태양전지 제조공정 등록 DQ . 선택적 에미터 형성을 위한 확산 공정 입사된 광선에 의해 전하들은 PN 접합부에 형성된 내부 전기장에 의해 양극으로 밀려나게 되는데, 이때 전하들이 웨이퍼 내부에서 재결합 없이 전극으로 쉽게 빠져나올 수 있게 인위적으로 형성시키는 전위 계단을 선택적 에미터라 한.