[논문]POCl3를 사용한 pn접합 소자에 관한 연구

오데레사

doi:10.5757/jkvs.2010.19.5.391

POCl3를 사용한 pn접합 소자에 관한 연구
Study on the pn Junction Device Using the POCl3 Precursor 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.19 no.5, 2010년, pp.391 - 396

초록
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실리콘 태양전지의 pn 접합 계면특성을 조사하기 위해서 p형 실리콘 기판 위에 전기로를 이용한 $POCl_3$ 공정을 통하여 n형의 불순물을 주입하여 pn 접합을 만들었다. n형 불순물의 확산되어 들어가는 공정시간이 길고 공정온도가 높을수록 면저항은 줄어들었다. n형 불순물의 주입이 많아질수록 pn 접합 계면에서의 전자친화도가 줄어들면서 면저항은 감소되었다. 면저항이 줄어든 이유는 pn 접합계면에서 전자홀쌍이 생성되면서 이동길이가 길어지고 재결합률이 감소하였기 때문이다. n형의 불순물 확산공정시간이 긴 태양전지 셀에서 F.F. 계수가 높게 나타났으며, 효율도 높게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The pn junction for solar cell was prepared on p-type Si wafer by the furnace using the $POCl_3$ and oxygen mixed precursor to research the characteristic of interface at pn junction. The sheet resistance was decreased in accordance with the increasing the diffusion process time for n-type doping on p-type Si wafer. The electron affinity at the interface in the pn junction was decreased with increasing the amount of n-type doping and the sheet resistance also decreased. Consequently, the drift current due to the generation of EHP increased because of low potential barrier. The efficiency and fill factor were increased at the solar cell with increasing the diffusion process time.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

0.5∼1.7Ωㆍcm의 저항을 갖는 p-type(100) Si 기판은 유기클리닝을 실시하였으며, 확산 공정은 830℃와 850℃에서 12분간 증착이 이루어졌으며, 열처리 온도는 역시 각각 830℃와 850℃에서 실시하였다.
POCl₃용액의 운반은 N₂를 이용하고 소량의 O₂를 주입하여 Si표면에 산화막을 형성한 다음, 산화막 내에 분포하는 불순물을 열처리 공정을 이용하여 확산시켰다.
pn 접합만을 이용한 태양전지 셀은 효율이 매우 낮기 때문에 표면 Texturing 방법을 사용하여 태양전지 셀을 만들고 효율을 측정하였다. Texturing은 일반적으로 사용되어지는 KOH 에칭 용액을 만들어서 30분간 표면을 에칭하고 앞면과 뒷면에 전극을 입혀 솔라시뮬레이터로 효율을 측정하였다 [13].
주입된 n형 불순물은 이온화된 전자들과 일부 자유전자로 동작하면서 pn 접합 계면에서 공 핍층도 구성하게 되며, 이로써 태양전지의 기본 동작을 구성하는 성분이 완성되게 된다. pn 접합만을 이용한 태양전지 셀은 효율이 매우 낮기 때문에 표면 Texturing 방법을 사용하여 태양전지 셀을 만들고 효율을 측정하였다. Texturing은 일반적으로 사용되어지는 KOH 에칭 용액을 만들어서 30분간 표면을 에칭하고 앞면과 뒷면에 전극을 입혀 솔라시뮬레이터로 효율을 측정하였다 [13].
셀공정은 850℃에서 증착과 확산공정이 이루어진 박막에 대하여 실시하였다. 광흡수를 높게 하기 위해서 표면을 거칠게 texturing하기 위해서 KOH,IPA,DI water를 혼합한 용액에서 30분간 표면을 에칭하였으며, 앞면과 뒷면의 전극은 각각 Ag, Al을 각각 사용하였다. 확산공정 후 셀의 표면저항은 4-point 프로브를 이용하여 측정하였으며, 셀의 효율은 솔라시뮬레이터 LAB50 (Photovoltaic power meter, Polaronix K201)를 이용하였다.
본 실험에서는 pn 접합공정과 셀 효율의 상관관계를 조사하기 위해서 여러 가지 조건에서의 pn 접합공정을 실시하여 면저항을 측정하고 태양전지 셀을 만들어 효율을 측정하였다. 반도체 계면에서의 특성 변화를 살펴보았으며, 여러 가지 조건에서 효율에 미치는 영향을 조사하였다.
본 실험에서는 pn 접합공정과 셀 효율의 상관관계를 조사하기 위해서 여러 가지 조건에서의 pn 접합공정을 실시하여 면저항을 측정하고 태양전지 셀을 만들어 효율을 측정하였다. 반도체 계면에서의 특성 변화를 살펴보았으며, 여러 가지 조건에서 효율에 미치는 영향을 조사하였다.
실리콘 태양전지의 pn 접합 특성을 연구하기 위해서 POCl₃와 산소를 혼합한 개스를 사용하여 퍼니스를 이용하여 확산공정을 실시하였다. p형의 실리콘 기판위에 n형의 불순물을 주입하는 열처리 온도가 높고 확산공정시간이 길수록 면저항은 낮아졌으며, 확산공정시간이 길수록 태양전지 셀의 효율은 증가하였다.
확산공정 후 셀의 표면저항은 4-point 프로브를 이용하여 측정하였으며, 셀의 효율은 솔라시뮬레이터 LAB50 (Photovoltaic power meter, Polaronix K201)를 이용하였다. 확산공정 후의 표면저항과 셀 효율의 관계를 조사하였다.

이론/모형

광흡수를 높게 하기 위해서 표면을 거칠게 texturing하기 위해서 KOH,IPA,DI water를 혼합한 용액에서 30분간 표면을 에칭하였으며, 앞면과 뒷면의 전극은 각각 Ag, Al을 각각 사용하였다. 확산공정 후 셀의 표면저항은 4-point 프로브를 이용하여 측정하였으며, 셀의 효율은 솔라시뮬레이터 LAB50 (Photovoltaic power meter, Polaronix K201)를 이용하였다. 확산공정 후의 표면저항과 셀 효율의 관계를 조사하였다.

성능/효과

p형의 실리콘 기판위에 n형의 불순물을 주입하는 열처리 온도가 높고 확산공정시간이 길수록 면저항은 낮아졌으며, 확산공정시간이 길수록 태양전지 셀의 효율은 증가하였다. n형의 불순물이 많을수록 p형 실리콘 기판과의 접합면에서 전자친화도가 줄어들면서 금속접합 계면에서의 전기적인 장벽의 높이가 낮아지고 EHP 쌍이 많이 생김에 따라서 효율이 증가되었다. 태양전지의 셀 효율을 개선시키기 위해서는 접촉전위와 재결합에 의한 손실성분에 대한 연구가 더 필요하며, 이후의 연구과제로 남아있다.
와 산소를 혼합한 개스를 사용하여 퍼니스를 이용하여 확산공정을 실시하였다. p형의 실리콘 기판위에 n형의 불순물을 주입하는 열처리 온도가 높고 확산공정시간이 길수록 면저항은 낮아졌으며, 확산공정시간이 길수록 태양전지 셀의 효율은 증가하였다. n형의 불순물이 많을수록 p형 실리콘 기판과의 접합면에서 전자친화도가 줄어들면서 금속접합 계면에서의 전기적인 장벽의 높이가 낮아지고 EHP 쌍이 많이 생김에 따라서 효율이 증가되었다.
확산공정시간(drive in time)이 7분인 셀에서의 최대전력이 더 높게 측정이 되었다. 그리고 확산공정시간(drive in time)이 5분인 셀의 효율은 1.8%이었으며, 확산공정시간(drive in time)이 7분인 셀의 효율은 2.87%이었다. Fig.

후속연구

태양전지에는 크게 실리콘 태양전지, 박막형 태양전지, 염료형 태양전지, 화합물 박막전지, 유기물 박막전지가 있으며, 현재 결정질 실리콘 태양전지의 사용이 가장 많이 이용되고 있다 [3-5]. 단결정 실리콘 태양전지는 다결정 실리콘 태양전지로 발전하였고, 향후에는 효율이 높으면서도 가격 면에서도 경쟁력이 있는 박막형 태양전지로 발전해나갈 것이다 [6-7]. 결정질 실리콘 태양전지에서 사용되는 박막은 광 여기된 전류를 수집하기 위한 그리드 전극 박막이나 표면 보호막이나 반사방지막을 형성하기 위한 절연막 등에서 크게 구분 할 수 있다 [8-10].
n형의 불순물이 많을수록 p형 실리콘 기판과의 접합면에서 전자친화도가 줄어들면서 금속접합 계면에서의 전기적인 장벽의 높이가 낮아지고 EHP 쌍이 많이 생김에 따라서 효율이 증가되었다. 태양전지의 셀 효율을 개선시키기 위해서는 접촉전위와 재결합에 의한 손실성분에 대한 연구가 더 필요하며, 이후의 연구과제로 남아있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	태양전지에는 무엇이 있는가?	최근 지구환경문제와 화석에너지 고갈, 원자력발전의 폐기물처리 및 신규발전소 건설에 따른 위치선정 등의 문제로 인하여 신ㆍ재생에너지에 대한 관심이 많아지면서 고조되고 있으며, 그 중에서도 무공해ㆍ무진장의 에너지원인 태양광발전에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다[1-2]. 태양전지에는 크게 실리콘 태양전지, 박막형 태양전지, 염료형 태양전지, 화합물 박막전지, 유기물 박막전지가 있으며, 현재 결정질 실리콘 태양전지의 사용이 가장 많이 이용되고 있다 [3-5]. 단결정 실리콘 태양전지는 다결정 실리콘 태양전지로 발전하였고, 향후에는 효율이 높으면서도 가격 면에서도 경쟁력이 있는 박막형 태양전지로 발전해나갈 것이다 [6-7].
	결정질 실리콘 태양전지은 어떻게 발전하였고 앞으로의 전망은 어떠한가?	태양전지에는 크게 실리콘 태양전지, 박막형 태양전지, 염료형 태양전지, 화합물 박막전지, 유기물 박막전지가 있으며, 현재 결정질 실리콘 태양전지의 사용이 가장 많이 이용되고 있다 [3-5]. 단결정 실리콘 태양전지는 다결정 실리콘 태양전지로 발전하였고, 향후에는 효율이 높으면서도 가격 면에서도 경쟁력이 있는 박막형 태양전지로 발전해나갈 것이다 [6-7]. 결정질 실리콘 태양전지에서 사용되는 박막은 광 여기된 전류를 수집하기 위한 그리드 전극 박막이나 표면 보호막이나 반사방지막을 형성하기 위한 절연막 등에서 크게 구분 할 수 있다 [8-10].
	박막 태양전지에는 무엇이 추가로 필요하게 되는가?	결정질 실리콘 태양전지에서 사용되는 박막은 광 여기된 전류를 수집하기 위한 그리드 전극 박막이나 표면 보호막이나 반사방지막을 형성하기 위한 절연막 등에서 크게 구분 할 수 있다 [8-10]. 박막 태양전지의 경우에는 Si 박막이나 화합물 반도체박막 등의 증착이 추가로 필요하게 된다. 태양전지로 동작하기 위한 빛과 물질과의 상호작용에는, “흡수”, “반사”, “굴절”, “편광”, “산란” 등, 여러 가지 현상을 볼 수 있지만, 이것들을 일으키는 여러 가지 과정은 물질 내에 존재하는 캐리어와 전자파와의 에너지 상호작용이라 생각할 수 있다.

참고문헌 (13)

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H. Y. Park, J. S. Lee, H. J. Lim, and D. H. Kim, J. Korean Phys. Soc. 55, 1767-1771 (2009).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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