선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이 BRL은 웨이퍼 표면의 면저항을 균일하게 하지만 [4], 캐리어의 재결합 사이트로 작용하고 [5], 웨이퍼의 라이프 타임을 감소시키는 등 전기적인 특성을 저하시키기 때문에 고효율의 태양전지를 제작하기 위해서 반드시 제거해야만 한다 [6]. 본 논문에서는 이 BRL을 제거하기 위해 in-situ oxidation과 chemical etching treatment (CET) 두 가지의 방법을 비교하였다. BRL을 제거한 후에는 Al2O3를 증착하여 각각의 패시베이션 효과를 확인하였다.
- 본 논문에서는 n형 실리콘 기판을 사용하여 보론 확산 공정에서 발생하는 BRL을 제거하는 두 가지 방법을 비교하였다. 두 가지를 비교한 결과, in-situ oxidation 공정은 BRL을 BSG로 전환을 유도하여 희석된 HF로 쉽게 제거할 수 있고, 공정 단계를 최소화 할 수 있다는 장점이 있다.
제안 방법
- 본 논문에서는 이 BRL을 제거하기 위해 in-situ oxidation과 chemical etching treatment (CET) 두 가지의 방법을 비교하였다. BRL을 제거한 후에는 Al2O3를 증착하여 각각의 패시베이션 효과를 확인하였다.
- 본 실험을 위해 phosphorus가 도핑된 156 ㎜ × 156 ㎜ 크기의 n-type 단결정 실리콘 웨이퍼(100)를 사용하였다. 시료는 SDR (saw damage removal)을 진행하고, 표면에 불순물을 제거하기 위해 HF cleaning을 하였다. 먼저 보론 도핑을 위하여 tube type의 thermal furnace를 이용하였다.
- 시료는 SDR (saw damage removal)을 진행하고, 표면에 불순물을 제거하기 위해 HF cleaning을 하였다. 먼저 보론 도핑을 위하여 tube type의 thermal furnace를 이용하였다. 이 때, 보론에미터 형성을 위해 액화질소를 캐리어 가스로 사용하였고, 도핑원으로 고순도 산소와 액체로 된 BBr3를 이용하여 약 50 ohm/sq.
- 다음으로 BRL을 제거하기 위해 in-situ oxidation과 chemical etching treatment (CET) 두 가지 방법을 비교하였다. 첫 번째 방법인 in-situ oxidation에서는 BBr3 선증착 및 확산 공정 후, 온도를 감소시키는 구간에서 1,000 sccm 이상의 O2를 주입함으로써 BRL 층을 산화시킨다.
- 첫 번째 방법인 in-situ oxidation에서는 BBr3 선증착 및 확산 공정 후, 온도를 감소시키는 구간에서 1,000 sccm 이상의 O2를 주입함으로써 BRL 층을 산화시킨다. 이 때, 산화시키는 시간을 가변하여 차이를 비교하였다. 두 번째로 CET는 in-situ oxidation과 마찬가지로 먼저 BBr3 선증착 및 확산 공정을 진행한 후, 희석된 HF 용액으로 BSG를 제거하고 hydrofluoric (HF, OCI 사), nitric acid (HNO3, OCI 사), 그리고 glacial acetic (CH3COOH, OCI 사) 세 가지의 산 혼합 용액을 사용하여 BRL을 제거하였다.
- 이 때, 산화시키는 시간을 가변하여 차이를 비교하였다. 두 번째로 CET는 in-situ oxidation과 마찬가지로 먼저 BBr3 선증착 및 확산 공정을 진행한 후, 희석된 HF 용액으로 BSG를 제거하고 hydrofluoric (HF, OCI 사), nitric acid (HNO3, OCI 사), 그리고 glacial acetic (CH3COOH, OCI 사) 세 가지의 산 혼합 용액을 사용하여 BRL을 제거하였다. 이 때 HF, HNO3, CH3COOH는 각각 1 : 100 : 25의 비율로 하였고, 초 단위의 짧은 시간 동안 식각하였다.
- 이 때 HF, HNO3, CH3COOH는 각각 1 : 100 : 25의 비율로 하였고, 초 단위의 짧은 시간 동안 식각하였다. 이때는 식각 시간에 따른 차이를 비교하였다. BRL을 제거한 후, Al2O3 증착하기 위해 RCA cleaning을 먼저 진행하였다.
- BRL을 제거한 후, Al2O3 증착하기 위해 RCA cleaning을 먼저 진행하였다. RCA cleaning은 SC1 (NH4OH : H2O2 : DI water = 1 : 5 : 50, OCI 사), HF (HF : DI water = 1 : 19, OCI 사), SC2 (HCl : H2O2 : DI water = 1 : 5 : 50, OCI 사)의 순서로 진행하였다. Cleaning 후, spin dryer로 웨이퍼 표면의 수분을 제거하고 패시베이션 효과를 확인하기 위해 원자층 증착기 (atomic layer deposition, ALD)로 Al2O3 막을 증착하였다.
- 이 때, 전구체로 trimethylaluminum (TMA, [Al(CH3)3])와 H2O를 사용하였고, 280℃에서 20㎚를 증착하였다. 마지막으로 이렇게 증착된 시료의 전기적 특성은 표면저항측정기 (4-point probe)와 QSSPC (Quasi-steady-state photo conductance)로 분석하였다. 4-point probe로 면저항을 측정하였고, QSSPC를 사용하여 소수 반송자 수명 (minority carrier lifetime)과 개방전압 (open circuit voltage, Voc)를 비교하였다.
- 마지막으로 이렇게 증착된 시료의 전기적 특성은 표면저항측정기 (4-point probe)와 QSSPC (Quasi-steady-state photo conductance)로 분석하였다. 4-point probe로 면저항을 측정하였고, QSSPC를 사용하여 소수 반송자 수명 (minority carrier lifetime)과 개방전압 (open circuit voltage, Voc)를 비교하였다.
- 그림에서 나타나듯이 BRL은 보론 에미터의 표면에 밀집되어 있게 된다. 이 때 표면에 존재하고 있는 BRL에 의해 전기적인 특성이 감소함을 확인하기 위해 이를 제거하는 두 가지 방법을 아래에서 비교하여 나타내었다.
- In-situ oxidation 공정에서 산화 시간에 따른 에미터의 면저항의 변화를 알아보기 위해 시간을 가변하면서 그 차이를 확인하였다. 기본적으로 O2 flow는 1,000 sccm 이상의 양을 사용하여 산화하게 되는데, O2 flow를 가변한 결과 O2 양이 증가할수록 균일도가 좋지 못한 특성을 보였으므로 1,000 sccm으로 값을 고정하였다.
- In-situ oxidation 공정에서 산화 시간에 따른 에미터의 면저항의 변화를 알아보기 위해 시간을 가변하면서 그 차이를 확인하였다. 기본적으로 O2 flow는 1,000 sccm 이상의 양을 사용하여 산화하게 되는데, O2 flow를 가변한 결과 O2 양이 증가할수록 균일도가 좋지 못한 특성을 보였으므로 1,000 sccm으로 값을 고정하였다.
- 의 면저항을 가지는 기판을 이용하였고, BRL을 식각하기 위해 1 : 100 : 25의 비율의 HF, HNO3, 그리고 CH3COOH의 산 혼합 용액을 사용하였다. 이 때, 식각 시간에 따른 소수 전하수명과 개방전압을 비교하였다. 식각 시간은 30, 45, 60초 세 가지의 조건으로 설정하였다.
- 이 때, 식각 시간에 따른 소수 전하수명과 개방전압을 비교하였다. 식각 시간은 30, 45, 60초 세 가지의 조건으로 설정하였다.
- In-situ oxidation과 마찬가지로 CET 후 패시베이션 효과를 확인하기 위하여 RCA cleaning을 진행하고, Al2O3를 증착하였다. 그 결과, 식각 시간이 증가함에 따라 소수 전하수명과 개방전압이 점차 증가하는 경향을 보였다.
대상 데이터
- 본 실험을 위해 phosphorus가 도핑된 156 ㎜ × 156 ㎜ 크기의 n-type 단결정 실리콘 웨이퍼(100)를 사용하였다.
- Cleaning 후, spin dryer로 웨이퍼 표면의 수분을 제거하고 패시베이션 효과를 확인하기 위해 원자층 증착기 (atomic layer deposition, ALD)로 Al2O3 막을 증착하였다. 이 때, 전구체로 trimethylaluminum (TMA, [Al(CH3)3])와 H2O를 사용하였고, 280℃에서 20㎚를 증착하였다. 마지막으로 이렇게 증착된 시료의 전기적 특성은 표면저항측정기 (4-point probe)와 QSSPC (Quasi-steady-state photo conductance)로 분석하였다.
- 이 때 두 도핑원이 반응하여 표면에 B2O3가 생성된다 [7]. 이 과정에서 N2, O2, 그리고 BBr3는 각각 5 slpm, 100 sccm, 300 sccm의 양을 사용하였다.
- CET는 약 50 ohm/sq.의 면저항을 가지는 기판을 이용하였고, BRL을 식각하기 위해 1 : 100 : 25의 비율의 HF, HNO3, 그리고 CH3COOH의 산 혼합 용액을 사용하였다. 이 때, 식각 시간에 따른 소수 전하수명과 개방전압을 비교하였다.
이론/모형
- 또한, n형 실리콘 태양전지는 기존의 p형 태양전지와 다르게 제작 과정에서 보론이 사용되지 않기 때문에 B-O complex가 발생하지 않으므로 light-induced degradation (LID) 현상이 발생하지 않는다는 장점을 가지고 있다 [2,3]. 그렇기 때문에 본 연구에서는 기판으로 n형 웨이퍼를 사용하였다. 이 웨이퍼에 BBr3를 도핑하게 되면, 보론 에미터와 BSG (borosilicate glass) 층 사이의 웨이퍼 표면에서 보론 도펀트의 과밀집 구간이 발생하게 되고, 그 구간에서 SiB6가 성장하게 된다.
성능/효과
- 면저항은 산화 시간이 증가할수록 산소가 실리콘 내부로 주입되면서 에미터에 영향을 미치기 때문에 점점 증가하는 경향을 보였다 [9]. 또한, 균일도 면에서는 in-situ oxidation이 고온의 공정이 불필요하고 공정 중에 산화가 이루어지기 때문에 웨이퍼에 손상을 적게 받게 되므로 전체적으로 약 1.2% 미만의 좋은 결과를 얻었다.
- 그림 4와 그림 5는 각각 산화 시간을 3분에서 10분까지 가변한 후, 소수 전하수명과 개방전압을 측정한 결과이다. BRL을 제거한 웨이퍼의 패시베이션 효과를 확인하기 위해 Al2O3를 증착한 결과, 면저항과는 반대로 산화 시간이 증가할수록 소수 전하수명과 개방전압은 감소하는 경향을 보였다. 이는 산화 시간이 증가할수록 주입되는 산소의 양이 증가하게 되어 불균일한 산화 작용으로 인한 실리콘 두께의 감소로 판단된다.
- 이는 산화 시간이 증가할수록 주입되는 산소의 양이 증가하게 되어 불균일한 산화 작용으로 인한 실리콘 두께의 감소로 판단된다. 소수 전하수명과 개방전압은 산화 시간이 3분일 때 각각 110.9 ㎲, 635 mV로 가장 좋은 QSSPC 결과를 보였다.
- 그림 6과 그림 7은 식각 시간에 따른 소수 전하수명과 개방전압을 나타낸 결과이다. 산 혼합 용액에 의해 에미터가 식각되므로 CET 직후 소수 전하수명과 개방전압이 크게 저하되는 것을 확인하였다. 식각 시간이 증가할수록 웨이퍼 표면에 얼룩이 제거되는 것으로 보아 BRL 영역이 식각됨을 알 수 있었다.
- 산 혼합 용액에 의해 에미터가 식각되므로 CET 직후 소수 전하수명과 개방전압이 크게 저하되는 것을 확인하였다. 식각 시간이 증가할수록 웨이퍼 표면에 얼룩이 제거되는 것으로 보아 BRL 영역이 식각됨을 알 수 있었다. 또한, 시간이 증가함에 따라 보론 층이 더 많이 식각되므로 면저항이 증가하는 경향을 보였고, 이에 따라 고저항이 될수록 균일도도 증가함을 확인하였다.
- 식각 시간이 증가할수록 웨이퍼 표면에 얼룩이 제거되는 것으로 보아 BRL 영역이 식각됨을 알 수 있었다. 또한, 시간이 증가함에 따라 보론 층이 더 많이 식각되므로 면저항이 증가하는 경향을 보였고, 이에 따라 고저항이 될수록 균일도도 증가함을 확인하였다. 이 때, 보론 에미터를 front junction 태양전지에 적용하기 위해서는 면저항이 60~90 ohm/sq.
- 를 증착하였다. 그 결과, 식각 시간이 증가함에 따라 소수 전하수명과 개방전압이 점차 증가하는 경향을 보였다. 이는 식각 시간이 증가할수록 더 많은 BRL이 제거되므로 표면에 존재하는 보론이 줄어들게 됨으로써 소수 전하수명과 개방전압이 증가함을 알 수 있다 [5].
- 이는 식각 시간이 증가할수록 더 많은 BRL이 제거되므로 표면에 존재하는 보론이 줄어들게 됨으로써 소수 전하수명과 개방전압이 증가함을 알 수 있다 [5]. 소수 전하수명과 개방전압은 Al2O3 증착까지 완료한 후 식각 시간이 60초일 때, 각각 188.5 ㎲, 650 mV로 가장 좋은 결과를 보였다.
- 본 논문에서는 n형 실리콘 기판을 사용하여 보론 확산 공정에서 발생하는 BRL을 제거하는 두 가지 방법을 비교하였다. 두 가지를 비교한 결과, in-situ oxidation 공정은 BRL을 BSG로 전환을 유도하여 희석된 HF로 쉽게 제거할 수 있고, 공정 단계를 최소화 할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 많은 양의 O2를 사용하여 산화시키는 공정이므로 산소에 의해 불균일하게 제거된다는 단점이 있다.
후속연구
- 그에 비해 CET의 경우, 상대적으로 균일하게 BRL층이 제거되기 때문에 소수 전하수명이나 개방전압이 in-situ oxdiation에 비해 더 높은 결과를 보였다. 결과적으로 CET 방법에서 더 좋은 결과를 얻었으며, 이는 고효율 N형 태양전지를 제작함에 있어 좋은 특성을 보일 것으로 기대한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.