[논문]다이아몬드 와이어에 의해 절단된 다결정 실리콘 태양전지의 나노텍스쳐링 및 후속 식각 연구

김명현; 송재원; 남윤호; 김동형; 유시영; 문환균; 유봉영; 이정호

doi:10.5695/jkise.2016.49.3.301

다이아몬드 와이어에 의해 절단된 다결정 실리콘 태양전지의 나노텍스쳐링 및 후속 식각 연구
Nanotexturing and Post-Etching for Diamond Wire Sawn Multicrystalline Silicon Solar Cell 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.49 no.3, 2016년, pp.301 - 306

김명현 (한양대학교 재료화학공학과) , 송재원 (한양대학교 재료화학공학과) , 남윤호 (한양대학교 재료화학공학과) , 김동형 (한양대학교 재료화학공학과) , 유시영 (일진다이아몬드) , 문환균 (일진다이아몬드) , 유봉영 (한양대학교 재료화학공학과) , 이정호 (한양대학교 재료화학공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The effects of nanotexturing and post-etching on the reflection and quantum efficiency properties of diamond wire sawn (DWS) multicrystalline silicon (mc-Si) solar cell have been investigated. The chemical solutions, which are acidic etching solution (HF-$HNO_3$), metal assisted chemical etching (MAC etch) solutions ($AgNO_3$-HF-DI, HF-$H_2O_2$-DI) and post-etching solution (diluted KOH at $80^{\circ}C$), were used for micro- and nano-texturing at the surface of diamond wire sawn (DWS) mc-Si wafer. Experiments were performed with various post-etching time conditions in order to determine the optimized etching condition for solar cell. The reflectance of mc-Si wafer texturing with acidic etching solution showed a very high reflectance value of about 30% (w/o anti-reflection coating), which indicates the insufficient light absorption for solar cell. The formation of nano-texture on the surface of mc-Si contributed to the enhancement of light absorption. Also, post-etching time condition of 240 s was found adequate to the nano-texturing of mc-Si due to its high external quantum efficiency of about 30% at short wavelengths and high short circuit current density ($J_{sc}$) of $35.4mA/cm^2$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 DWS mc-Si 웨이퍼에 나노텍스쳐를 형성하고 후속 식각에 따른 광흡수율 및 양자효율 변화 분석을 통해 태양전지에 미치는 영향을 분석하였다.

제안 방법

본 논문에서는 DWS mc-Si 태양전지에 적용하기 위한 나노구조체를 MAC Etch 방법과 후속 식각 방법을 통하여 후속 식각 시간에 따라 표면 및 광학·전기적 특성을 분석하였으며, 분석된 결과를 바탕으로 최적화된 DWS mc-Si 태양전지를 제작하였다. 최적화된 후속 식각 시간은 240 초인 경우로 나타났으며 이 때의 평균 표면 반사도(w/ SiN_x)는 7.

대상 데이터

본 실험에서는 SWS와 DWS 방식을 사용한 붕소(B) 도핑된(0.5 - 3.0 Ωcm) mc-Si 웨이퍼(두께 200 µm)를 사용하였고, 마이크로, 나노 텍스쳐링 및 후속 식각 공정의 영향을 분석하기 위해 그림 1과 같이 샘플군을 나누었다. 산 용액(HF-HNO₃-DI, 3:6:10)과 절단 방식(SWS, DWS)에 따른 웨이퍼 표면의 식각영향을 비교분석하기 위해 각 웨이퍼를 산 용액에 담가 30초동안 텍스쳐링을 하였다.

데이터처리

또한, 표면적 및 표면 결함을 제거하기 위해 후속 식각(Postetching)을 120, 180, 240, 300초동안 진행하였다. 모든 텍스쳐링 공정 이후 표면 및 텍스쳐 구조의 변화를 확인하기 위해 Field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM, Hitachi S-4800)을 사용하였으며, 텍스쳐된 웨이퍼의 표면 반사도 측정을 위해 UV-Vis/NIR spectrophotometer (Lambda 750, Perkin Elmer)을 사용하였다.

성능/효과

4 mA/cm²이었다. 기존 산 용액을 사용한 SWS mc-Si 태양전지의 J_sc 34.7 mA/cm² 보다 0.7 mA/cm² 상승한 결과를 얻었다.
본 논문에서는 DWS mc-Si 태양전지에 적용하기 위한 나노구조체를 MAC Etch 방법과 후속 식각 방법을 통하여 후속 식각 시간에 따라 표면 및 광학·전기적 특성을 분석하였으며, 분석된 결과를 바탕으로 최적화된 DWS mc-Si 태양전지를 제작하였다. 최적화된 후속 식각 시간은 240 초인 경우로 나타났으며 이 때의 평균 표면 반사도(w/ SiN_x)는 7.35%, EQE는 29.5% (350 nm 기준), J_sc는 35.4 mA/cm²이었다. 기존 산 용액을 사용한 SWS mc-Si 태양전지의 J_sc 34.

참고문헌 (12)

ITRPV 2016, International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV): Results 2015, Seventh Edition (2016) 2-19.
A. Bidiville, et al., Diamond Wire-Sawn Silicon Wafers from the Lab to the Cell Production, Proceedings of 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Hamburg, Germany (2009) 1297-1302.
N. Watanabe, et al., Characterization of Polycrystalline Silicon Wafers for Solar Cells Sliced with Novel Fixed-Abrasive Wire, Prog. Photovolt: Res. Appl. 18 (2010) 485-490.

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N. Kawasegi, et al., Etch Stop of Silicon Surface Induced by Tribo-Nanolithography, Nanotechnology 16 (2005) 1411-1414.

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M. Lippold, et al., Texturing of SiC-Slurry and Diamond Wire Sawn Silicon Wafers by HF- $HNO_3-H_2SO_4$ Mixtures, Sol. Energ. Mat. Sol. C., 127 (2014) 104-110.

상세보기
B. Meinel, et al., Comparison of Diamond Wire Cut and Silicon Carbide Slurry Processed Silicon Wafer Sufaces after Acidic Texturisation, Mater. Sci. Semicond. Process., 26 (2014) 93-100.

상세보기
W. Chen, et al., On the Nature and Removal of Saw Marks on Diamond Wire Sawn Multicrystalline Silicon Wafers, Mater. Sci. Semicond. Process., 27 (2014) 220-227.

상세보기
K. Chen, et al., Novel Texturing Process for Diamond-Wire-Swan Single-Crystalline Silicon Solar Cell, Sol. Energ. Mat. Sol. C., 133 (2015) 148-155.

상세보기
J. Oh., et al., An 18.2%-Efficient Black-Silicon Solar Cell Achieved through Control of Carrier Recombination in Nanostructures, Nat. Nanotechnol., 7 (2012) 743-748.

상세보기
X. Ye, 18.45%-Efficient Multi-Crystalline Silicon Solar Cells with Novel Nanoscale Pseudo-Pyramid Texture, Adv. Funct. Mater., 24 (2014) 6708-6716.

상세보기
A. Kumagai, Texturization Using Metal Catalyst Wet Chemical Etching for Multicrystalline Diamond Wire Sawn Wafer, Sol. Energ. Mat. Sol. C., 133 (2015) 216-222.

상세보기
J. Zhao, Martin A. Green, Optimized Antireflection Coatings for High-Efficiency Silicon Solar Cells, IEEE Tran, IEEE Trans. Electron Dev., 38 (1991) 1925-1934.

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