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Al2O3/Si/Al2O3구조를 이용한 실리콘태양전지 제작 및 특성
Fabrication and Properties of Silicon Solar Cells using Al2O3/Si/Al2O3 Structures 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.14 no.4, 2015년, pp.45 - 49  

김광호 (청주대학교 태양광에너지공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Using a combined CVD and ALD equipment system, multi-layer quantum well structures of $Al_2O_3/a-Si/Al_2O_3$ were fabricated on silicon Schottky junction devices and implemented to quantum well solar cells, in which the 1~1.5 nm thicknesses of the aluminum oxide films and the a-Si thin fi...

주제어

#Silicon solar cell   #Schottky junction solar cell   # $Al_2O_3/a-Si/Al_2O_3$ structure   #Combined CVD and ALD equipment   #Quantum well solar cell  

AI 본문요약
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제안 방법

  • Al2O3/a-Si/Al2O3 우물구조를 다층으로 적층시킨 구조를 태양전지에 적용시켰을 때 변환효율 개선 가능성을 확인하기 위하여 간단한 구조의 소자인 Schottky 접합의 태양전지를 제작하였다. 비교를 위해 태양전지의 구조는 Fig.
  • CVD 및 ALD 겸용 장비를 이용하여 Al2O3/a-Si/ Al2O3 다층으로 적층시킨 양자우물구조를 실리콘 Schottky 접합에 적용시켜 태양전지를 구현하여 그 유용성을 확인하였다. 1 ~ 1.
  • 0 Ω·cm인 n-Si(100)를 사용하였다. Si 웨이퍼 들은 각각, 화학적 방법인 H2O:NH4OH:H2O와 H2O: HCl:H2O2 용액을 쓰는 표준 RCA 세정방식[7]으로 세정하였다. 기본적으로 상기 설명한 CVD/ALD 겸용시스템을 이용하여 성막 시 터널링용의 알루미늄 산화막은 300oC의 기판온도에서 성장시켰고, a-Si은 450oC의 기판온도에서 성장시켰다.
  • 본 연구에서는 태양전지의 기본적인 변환효율 개선 가능성을 확인하기 위하여 Al2O3/a-Si/Al2O3 우물구조를 다층으로 적층시킨 구조를 간단한 구조의 소자인 Schottky 접합의 태양전지에 적용하였다. 다층우물구조의 삽입여하에 따른 Schottky 다이오드와 태양전지에대한 전기적 특성과 분석을 행하였으며, 이를 통하여 양자우물구조가 태양전지의 변환효율을 개선할 수 있는 가능성이 있음을 실험적으로 제시하였다.
  • 5 nm로 유지하도록 시스템을 제어하였다. 태양전지를 제작하면서 동시에 MIS 커패시터를 따로 형성시켰는 바, 전류-전압(I-V), 커패시턴스-전압(C-V), TEM (Transmission electron microscopy) 측정 등 전기적 및 구조적 특성을 평가하였다. MIS 커패시터의 전극면적은 3 × 10−4cm2이다.

대상 데이터

  • 우물구조를 다층으로 적층시킨 구조를 태양전지에 적용시켰을 때 변환효율 개선 가능성을 확인하기 위하여 간단한 구조의 소자인 Schottky 접합의 태양전지를 제작하였다. 비교를 위해 태양전지의 구조는 Fig. 2에서 보듯이 Schottky 구조 태양전지와 Schottky 구조의 계면에 41층의 Al2O3/a-Si/Al2O3 다층 우물을 삽입한 태양전지를 제작하였다. 태양전지의 후면 전체는 알루미늄으로 증착시켰으며, 전면에는 알루미늄을 핑거형태로 증착시킨 후에 핑거 위에 각각 PECVD법으로 반사방지막인 실리콘 질화막을 80 nm 두께로 증착시켰다[8].
  • 이 시스템은 반응실과 격리된 플라즈마 발생영역과 반응실인 CVD/ ALD 영역으로 구성되어 있고 가스공급은 MFC에 의하여 조절된다. 아몰퍼스 실리콘박막은 CVD모드에서 DIPAS(Diisoprophylsilane, (H3Si[N{(CH)(CH3)2}2]) 소스를 사용하였고[5], Al2O3 박막은 ALD모드에서 TMA (Trimethylaluminium, Al2 (CH3)6)소스와 산소 라디칼을 사용하였다[6]. 반응실의 베이스 진공도는 1 × 10-6 Torr.
  • 양자우물구조의 기본적 터널링 특성, 전기적 특성 및 태양전지 등을 제작 평가하기 위하여 phosphorus doping된 두께 300 μm의 비저항이 0.5 ~ 1.0 Ω·cm인 n-Si(100)를 사용하였다.
  • 제작한 태양전지의 크기는 2 × 2 cm2의 소형 사이즈로서 핑거의 폭은 100 mm, 핑거와 핑거 사이의 간격은 2 mm인 마스크를 이용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
회복력의 의미는 크게 세 가지로 구분되는데 어떤것인가? 학문세계 각 부문에 서 사용되어 온 회복력의 의미는 크게 세 가지로 구분되어진다(Martin and Sunley, 2015). 우선 가장 쉽게 개념화된 의미는 충격이나 위기 이후에 기존의 경로 또는 균형 상태로 시스템이 반등하는 것을 의미한다. 이 경우에 일반적인 관심의 초점 은 시스템이 얼마나 빨리 이전의 상태로 되돌아오는지 등 시스템 자체의 속도 또는 효율성에 두어 진다. 즉 시스템이 기존 평형상태에서 새로운 평 형상태로 얼마나 빨리 옮겨가는지에 초점을 두는 것으로서 그 토대에는 생태학자 Holling(1973)이 명명한 ‘공학적 회복력(engineering resilience)’ 개념이 자리 잡고 있다. 다음으로 논의되어 온 회복 력의 개념은 충격 이후 시스템의 구조, 기능 및 정체성의 변화가 전혀 없이 충격 그 자체를 흡수해 버리는 능력을 의미한다. 이는 사실 Holling (1973)의 ‘생태적 회복력’ 개념에 기초한 것인데, 생태계에서 주로 적용되는 것으로 이해될 수 있다. 그렇지만 지역경제 측면에서 외부 충격에 의해 영향을 전혀 받지 않는 경우는 현실 세계에서 존재하기 힘들기 때문에 지역발전의 맥락 속에서 논의할 때 이러한 회복력의 의미는 비현실적이고 판단할 수 있다. 다만 시간이 지나면서 본질적으 로 동일한 구조와 기능을 유지하기 위한 시스템적 변화 능력으로 보다 개념이 확장되면서 개념적 유연성이 확보된 점은 새로운 발전이라고 간주될 수 있다. 끝으로 회복력은 충격과 위기에 대해 시스템이 적절히 대응하고 긍정적으로 발전하는 적응력을 의미한다. 외부 충격과 위기에 대응하고 구조적이고 질적인 변화를 포함하여 긍정적으로 발전할 수 있는 능력을 의미하는 것으로서 이는 단순히 과거의 상태로 돌아가는 것이 아니라 보다 발전된 방향으로 ‘진화’하는 것을 의미하기 때문에 ‘진화적 회복력’으로도 이해될 수 있다.
1970년대 우리나라의 잠재성장률은? 그동안 우리나라 경제의 성장잠재력은 대외적인 위기가 발생하여 충격을 받을 때마다 하락하였고 이를 다시 회복하지 못하는 경향을 보여 온 것으로 나타났다(김영수, 2016). 실제 1970년대 우리나라의 잠재성장률은 10%대 를 기록했지만, 그 이후 지속적으로 하락하여 오늘날은 3.5%에 머무르고 있다(현대경제연구원, 2015).
지역회복력은 무엇인가? 원래 회복력은 환경연구에서 유래된 용어로서 불리한 환경조건에서 적응하고 살아남을 수 있는 생물학적 능력을 말하며, 일반적으로 사회과학에서 지역회복력은 지역적응과 함께 주목받고 있고 진화론적 경제지리학과 연관되어 있다. 지역회복력은 단지 경제적인 성공이 아니라 경제적 성공을 유지하는 것을 의미하는데, 일반적으로 지역의 성공은 현재와 과거의 경제성장, 고용률, 생활수준, 삶의 질에 의해서 측정될 수 있지만, 지역회복력에서 문제는 해당 지역의 성공이 미래에도 유지될 것인지 또는그 지역이 경제적 충격으로부터 회복되었는지를 판단하는 것이다(Simmie and Martin, 2010).
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참고문헌 (8)

  1. Shockley, W. and Queisser, Hans J., "Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells", J. of Applied Physics, Vol. 32, pp. 510-519, (1961). 

    상세보기 crossref

  2. Green, M. A., "Solar Cells: operating principles, technology and system applications", Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, (1982) 

  3. Green, M. A., "Third Generation Photovoltaics: Advanced Solar Energy Conversion", Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, (2003). 

  4. Kim, K. -H., "Quantum well-structured solar cells and method for manufacturing same", Korean Patent No. 10-1461602, (2014. 11. 07). 

  5. Kim, K. -H., "Fabrication and Properties of Si Films by using DIPAS Source", J. of Korean Inst. of Inform. Technol., Vol. 12, pp. 25-30, (2014). 

  6. Yun, H. S. and Kim, K. -H., "Fabrication and Properties of GaN MIS Capacitors with a Remote-Plasma Atomic-Layer-Deposited $Al_2O_3$ Gate Dielectric", J. Korean Phys. Soc., Vol. 54, pp. 707-711, (2009). 

    상세보기 crossref

  7. Werner, K. and Puotinen, D. A., "Cleaning solutions based on hydrogen peroxide for use in silicon semiconductor technology", RCA Review, Vol. 31, pp. 187-206, (1970). 

  8. Kim, K. -H., "Fabrication and Properties of PECVD Silicon Nitride Films using a Tris (dimethylamino) silane of Aminosilane Precursor", J. Korean Phys. Soc., Vol. 67, (2015), in-press. 

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