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문제 정의
- 본 논문에서는 그라인딩 공정의 결정결함 생성과 선택적 식각을 이용하여 단결정 실리콘 태양전지의 반사율을 저감시키는 새로운 공정을 연구하였다. 또한 표면의 관찰 및 광학적 측정을 통하여 반사율과 topography의 관계를 분석하였으며, 본 표면 조직화 방법을 통하여 반사율 1%미만의 향상된 결과를 얻을 수 있었다.
- 본 연구에서는 보다 저렴한 공정 비용, 짧은 공정시간을 위하여 그라인딩 공정과 선택적 습식 식각 공정을 이용한 새로운 표면 조직화 방법을 소개 하고 상기 조직화방법으로 생산된 실리콘 표면의 광학적 특성을 논의한다. 사용된 공정은 앞서 소개되었던 다른 공정보다 저렴한 공정이며 공정 횟수가 단지 두 단계이며 수분 내에 표면 조직화가 끝날 정도로 공정시간이 매우 짧은 것이 장점이다.
제안 방법
- 분석하였다. 결정학적 결함 분석을 위해 투과전자현미경을 사용하였으며 표면 관찰은 주사전자현미경을 통해 이루어졌다. 또한 spectrophotometer를 사용하여 각 시편의 반사율을 분석하였다.
- 본 그라인딩 공정조건은 반도체 패키징 공정 중 하나인 웨이퍼 레벨 후면 그라인딩 공정에서 허용 가능한 범위에 있지만 grit뿐만 아니 라 grinding platen의 revolutions per minute (RPM) 과부과된 하중에 따라 웨이퍼의 기계적인 강도에 지대한 영향을 미치므로 신뢰성을 고려한 공정이 요구된다. 그라인딩 봉정을 거친 시편의 결정결함 분석은 투과전자 현미경을 이용하였다. 그라인딩 공정 이후 각 시편들은 중량비 1:4:7과 4:1:7의 HF:HNO3:H2O 혼합 식각 용액에서 각각 50s, 100s, 600s 동안 식각되었으며 용액의 균일성을 위하여 적절한 교반이 수반되었다.
- 결정학적 결함 분석을 위해 투과전자현미경을 사용하였으며 표면 관찰은 주사전자현미경을 통해 이루어졌다. 또한 spectrophotometer를 사용하여 각 시편의 반사율을 분석하였다.
- 생성시켰다. 본 그라인딩 공정은 더욱 깊고 밀도 있는 결정결함을 생성하기 위하여 fine그라인딩 공정은 실시 하지 않고 coarse그라인딩 공정 만 사용하였으며 구체적 인 그라인딩 조건은 Table 1과 같다. 본 그라인딩 공정조건은 반도체 패키징 공정 중 하나인 웨이퍼 레벨 후면 그라인딩 공정에서 허용 가능한 범위에 있지만 grit뿐만 아니 라 grinding platen의 revolutions per minute (RPM) 과부과된 하중에 따라 웨이퍼의 기계적인 강도에 지대한 영향을 미치므로 신뢰성을 고려한 공정이 요구된다.
- 본 연구에서는 P-type 6인치 실리콘 웨이퍼를 사용하였으며 시편의 두께 조절에 있어서 그라인딩 공정을 통해 400 呻로 일정 하게 하는 동시에 태 양전지 전면의 표면에 그라인딩으로 인한 홈과 함께 표면 아래에 결정학적 결함을 생성시켰다. 본 그라인딩 공정은 더욱 깊고 밀도 있는 결정결함을 생성하기 위하여 fine그라인딩 공정은 실시 하지 않고 coarse그라인딩 공정 만 사용하였으며 구체적 인 그라인딩 조건은 Table 1과 같다.
- 사용된 공정은 앞서 소개되었던 다른 공정보다 저렴한 공정이며 공정 횟수가 단지 두 단계이며 수분 내에 표면 조직화가 끝날 정도로 공정시간이 매우 짧은 것이 장점이다. 실험의 변수로서 식각 공정에서의 다양한 식각 용액의 농도와 식각 시간을 통해 표면의 형태에 변화를 주어 ' 이를 관찰하였고 형태에 따른 표면의 광학적 반사율을 측정 . 분석하였다.
- 식각이 종료됨과 동시 에 DI w* ater 통해 식 각 용액을 제거 하였다. 제조된 각시 편의 표면은 주사전자 현미경을 이용하여 표면과 단면을 관찰하였고 표면의 반사율은 spectrophotometer를 이용하여 측정되었다.
성능/효과
- 반면, Fig. 2(b) HF-rich (4:1:7=HF:HNO3: H2O) 식각 용액으로 50s동안 식각한 시편의 {110} 면의단면 이미지로서 이 역시 결정 결함의 영향을 받았으되 pore의 형상에 있어서 보다 aspect ratio가 작은 넓은 밑바닥을 가진 형상에 가깝고 pore의 깊이가 HNQ-rich 식각용액으로 식각된 시편보다 작은 것을 알 수 있다. 실제 결정결함 부분과 결함이 없는 부분의 식각 속도의 비율의 측정 결과는 HNQ-rich 식각 용액의 경우는 4:1로 나타났고 HF-rich 식 각 용액은 3:2로 나타남을 확인하였다.
- 1. HNQ-rich식각 용액이 HF-rich보다 같은 시간 식각했을 때 선택성 이 크므로 pore의 크기가 작았다.
- 1. 그라인딩 공정을 통하여 최적화된 태양전지의 두께 조절이 가능함과 동시에 결함을 통한 이물질의 gettering 효과를 기대할 수 있다.
- 2. 저렴한 공정이면서 전체 공정시간은 수분 안에 있으므로 공정단가의 절감에 유리하다.
- 2. 표면에 분포되어 있는 pore의 크기가 작을수록 반사율 저감에 효과적이다.
- 3. 결함을 부여하고 선택적 식각을 하는 이번 공정의 반사율은 1%이 하로서 반사율 저 감의 효과가 우수하였다.
- 그러 나 pore의 경 계 부분은 pore의 밑바닥 부분보다 식 각 용액에 대해 더 개방된 구조이고, 따라서 더 많은 식각 용액과의 접촉이 일어나므로 깊이 방향의 식각 속도보다 더 빠르게 일어난다. 결론적으로 Fig. 3과 같이 측면 방향으로의 특징적인 성장을 나타내게 된 것으로 사료된다.
- 그라인딩 봉정을 거친 시편의 결정결함 분석은 투과전자 현미경을 이용하였다. 그라인딩 공정 이후 각 시편들은 중량비 1:4:7과 4:1:7의 HF:HNO3:H2O 혼합 식각 용액에서 각각 50s, 100s, 600s 동안 식각되었으며 용액의 균일성을 위하여 적절한 교반이 수반되었다. 식각이 종료됨과 동시 에 DI w* ater 통해 식 각 용액을 제거 하였다.
- 이러한 결과 또한 결정 결함의 식각에 있어서 농도 차이에서 야기된 선택성 에 관련된 현상으로, HF-rich 식각 용액의 선택성이 HNO3-rich 식각 용액보다 약하다는 것과 더불어 실제로 결함이 없는 부분에서도 HF-rich 식 각 용액 의 식 각 속도가 HNO3-rich 식 각 용액 보다 더 빠르다는 것을 의미 한다. 또한 두 가지 의 식 각 용액 모두 시간의 증가에 따라 pore의 깊이 증가는 발견되지 않았고 pore의 측면 방향의 성장만이 확인퇴었는데 이는 깊이 방향으로의 증가는 결정 학적 결함을 따라 식 각되는 과정 에서 생성되는데 이러한 결함들은 식각 공정 초반에 모두 빠른 식각 속도로 식각되어 없어졌고 더 이상 결정 결함이 존재하지 않기 때문에 깊이 방향으로의 pore의 성장은 결함이 존재하지 않는 부분과 같아 졌다고 볼 수 있다. 그러 나 pore의 경 계 부분은 pore의 밑바닥 부분보다 식 각 용액에 대해 더 개방된 구조이고, 따라서 더 많은 식각 용액과의 접촉이 일어나므로 깊이 방향의 식각 속도보다 더 빠르게 일어난다.
- 위 의 HRrich의 식각 용액으로 식각된 시편의 표면이 HNO3- rich의 식각 용액으로 식각된 시편의 표면보다 같은 시간 동안 식각 했을 때 더 큰 지름의 pore 구조를 보임을 알 수 있다. 또한 두 식각 용액 모두 식각 시간의 증가에 따라 pore의 측면 방향의 크기가 증가되는 경향을 보이는데 이 증가율 또한 HF-rich의 식각 용액이 더 큰 것을 알 수 있다. 이러한 결과 또한 결정 결함의 식각에 있어서 농도 차이에서 야기된 선택성 에 관련된 현상으로, HF-rich 식각 용액의 선택성이 HNO3-rich 식각 용액보다 약하다는 것과 더불어 실제로 결함이 없는 부분에서도 HF-rich 식 각 용액 의 식 각 속도가 HNO3-rich 식 각 용액 보다 더 빠르다는 것을 의미 한다.
- 새로운 공정을 연구하였다. 또한 표면의 관찰 및 광학적 측정을 통하여 반사율과 topography의 관계를 분석하였으며, 본 표면 조직화 방법을 통하여 반사율 1%미만의 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 구체적으로 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 2(b) HF-rich (4:1:7=HF:HNO3: H2O) 식각 용액으로 50s동안 식각한 시편의 {110} 면의단면 이미지로서 이 역시 결정 결함의 영향을 받았으되 pore의 형상에 있어서 보다 aspect ratio가 작은 넓은 밑바닥을 가진 형상에 가깝고 pore의 깊이가 HNQ-rich 식각용액으로 식각된 시편보다 작은 것을 알 수 있다. 실제 결정결함 부분과 결함이 없는 부분의 식각 속도의 비율의 측정 결과는 HNQ-rich 식각 용액의 경우는 4:1로 나타났고 HF-rich 식 각 용액은 3:2로 나타남을 확인하였다. 이는 식각 용액의 농도차이에서 나온 결과로서 HNQ-rich 식각 용액 이 HF-rich 식 각 용액 보다 결정 결함 식각에 있어서 선택성이 강하다는 것을 나타낸다.
- 또한 두 식각 용액 모두 식각 시간의 증가에 따라 pore의 측면 방향의 크기가 증가되는 경향을 보이는데 이 증가율 또한 HF-rich의 식각 용액이 더 큰 것을 알 수 있다. 이러한 결과 또한 결정 결함의 식각에 있어서 농도 차이에서 야기된 선택성 에 관련된 현상으로, HF-rich 식각 용액의 선택성이 HNO3-rich 식각 용액보다 약하다는 것과 더불어 실제로 결함이 없는 부분에서도 HF-rich 식 각 용액 의 식 각 속도가 HNO3-rich 식 각 용액 보다 더 빠르다는 것을 의미 한다. 또한 두 가지 의 식 각 용액 모두 시간의 증가에 따라 pore의 깊이 증가는 발견되지 않았고 pore의 측면 방향의 성장만이 확인퇴었는데 이는 깊이 방향으로의 증가는 결정 학적 결함을 따라 식 각되는 과정 에서 생성되는데 이러한 결함들은 식각 공정 초반에 모두 빠른 식각 속도로 식각되어 없어졌고 더 이상 결정 결함이 존재하지 않기 때문에 깊이 방향으로의 pore의 성장은 결함이 존재하지 않는 부분과 같아 졌다고 볼 수 있다.
- 2와 3에서 알 수 있다시피 HNQrrich보다 더 넓고 얕은 pore를 보였다. 이와 상응하게 반사율도 50s와 100s에 서식 각된 시편 모두 HNQ-rich에서 의 시 편들 보다 높게 나왔으며 600s동안 식각된 시편의 경우는 반사율이 약 3.5%정도로 6개 시편 중에서 가장 높게 나왔다. 이 경우 역시 Fig.
- 지금까지 의 분석을 요약하자면, 식 각 시간이 짧을수록 pore의 크기가 작게 형성되고 작은 pore를 나타내는 표면의 topography를 가질수록 다반사가 증가하여 반사율의 감소로 이어지는 것으로 결론을 도출할 수 있다.
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