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[국내논문] N-type 고효율 태양전지용 Boron Diffused Layer의 형성 방법 및 특성 분석
Boron Diffused Layer Formation Process and Characteristics for High Efficiency N-type Crystalline Silicon Solar Cell Applications 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.30 no.3, 2017년, pp.139 - 143  

심경배 (성균관대학교 정보통신대학) ,  박철민 (성균관대학교 에너지과학과) ,  이준신 (성균관대학교 정보통신대학)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

N-type crystalline silicon solar cells have high metal impurity tolerance and higher minority carrier lifetime that increases conversion efficiency. However, junction quality between the boron diffused layer and the n-type substrate is more important for increased efficiency. In this paper, the curr...

Keyword

#N-type c-Si solar cell   #Boron diffusion   #Co-diffusion  

AI 본문요약
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제안 방법

  • BRL (boron rich layer)을 제거하기 위해 in-situ oxidation을 진행하였다. 기본 도핑 공정은 BBr3 source를 이용하여 furnace에서 진행되며 950℃에서 pre-deposition이 15분, 1,050℃에서 drive-in이 20분 진행되어 면저항(RS) 45 Ω/sq를 가진다.
  • 온도, 압력, plasma 파워를 조절하여 증착을 시킨다. 증착 후 SiNX 또는 SiOX layer를 통해 capping을 하여 boron과 phosphorus cross doping을 방지하였다. tube furnace를 이용하여 N2와 O2 가스 분위기에서 p+ layer를 형성시켰다.
  • (implied Voc) 측정을 위해 QSSPC (WCT-120)를 이용하였다. Oxygen annealing에 따른 bonding 구조의 확인을 위해 FTIR 측정을 수행하였다.
  • 그림 2에서 나타나는 것과 같이 B-O peak (1,300 ~1,500 cm-1)을 관찰함으로써 BSG/BRL의 유무를 판단하였다. 기본 조건의 FTIR 결과에서는 B-O bonding 이 남아 있으나, oxygen annealing에서는 B-O peak가 줄어들어 B-O bonding에 의한 defect가 감소하여 BSG/BRL의 제거가 되었다고 판단할 수 있다.
  • 표 1과 같이 SiH4를 두 개의 조건을 두고 세부 조건 으로 B2H6를 3가지의 조건으로 가변을 하였다. SiH4의 양이 증가할수록 전반적으로 면저항(RS)의 면저항(RS) 이 같은 annealing 조건에서 더 낮은 면저항(RS) 값이 나왔으며 더 높은 lifetime 값을 가졌다.
  • N-type 실리콘 태양전지의 최적화된 boron emitter 형성을 위한 in-situ oxidation를 통한 boron rich layer를 Borosilicate glass로 변환 후 제거와 aSiOX:B layer을 이용한 p+ layer형성에 관하여 정리하였다. in-situ oxidation을 pre-deposition 후 950℃ O2treatment 5분과 drive-in 후 950℃ O2treatment 5분을 나눠서 실험한 결과 drive-in 후 O2treatment에서 FTIR 측정결과 B-O bonding peak의 감소로 인해 BSG/BRL을 제거된 것을 확인하였으며 a-SiOX:B layer를 plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) 장비를 이용하여 증착하였다.
  • in-situ oxidation을 pre-deposition 후 950℃ O2treatment 5분과 drive-in 후 950℃ O2treatment 5분을 나눠서 실험한 결과 drive-in 후 O2treatment에서 FTIR 측정결과 B-O bonding peak의 감소로 인해 BSG/BRL을 제거된 것을 확인하였으며 a-SiOX:B layer를 plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) 장비를 이용하여 증착하였다.

대상 데이터

  • a-SiOX:B layer를 N-type 웨이퍼에 증착을 위해 SiH4 , B2H6 , H2 , CO2 와 같은 가스를 사용하여 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition)장 비로 증착하였다. 온도, 압력, plasma 파워를 조절하여 증착을 시킨다.

이론/모형

  • P+ layer의 면저항을 측정하기 위해 4-point prove 를 이용하였으며 lifetime과 iVOC (implied Voc) 측정을 위해 QSSPC (WCT-120)를 이용하였다. Oxygen annealing에 따른 bonding 구조의 확인을 위해 FTIR 측정을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
N-type 태양전지의 장점은 무엇인가? 그러나 N-type 태양전지의 경우 기판에 phosphorus 가 존재하기 때문에 B-O complex에 의한 LID 현상이 생기지 않을 뿐만 아니라 Fe에 의한 불안정성이 없어 높은 lifetime을 가지고 있다 [3]. 이처럼 우수한 웨이퍼 품질과 inactive doping의 차이에 의한 boron diffusion layer의 낮은 saturation current density (J0e )는 N-type 태양전지의 장점이다 [4]. 하지만 이러한 장점에도 불구하고 boron diffusion layer의 형성, passivation에 연관된 기술적 도전과 비용 때문에 P-type 실리콘 태양전지가 주류를 이루고 있으며 다양한 boron diffusion 기술들이 현재까지 조사 및 사용 되고 있지만 뚜렷하게 우위에 있는 기술은 나오고 있지 않은 상황이다 [5].
N-type이 아닌 P-type 실리콘 태양전지가 주류를 이루고 있는 이유는 무엇인가? 이처럼 우수한 웨이퍼 품질과 inactive doping의 차이에 의한 boron diffusion layer의 낮은 saturation current density (J0e )는 N-type 태양전지의 장점이다 [4]. 하지만 이러한 장점에도 불구하고 boron diffusion layer의 형성, passivation에 연관된 기술적 도전과 비용 때문에 P-type 실리콘 태양전지가 주류를 이루고 있으며 다양한 boron diffusion 기술들이 현재까지 조사 및 사용 되고 있지만 뚜렷하게 우위에 있는 기술은 나오고 있지 않은 상황이다 [5].
P-type 결정질 실리콘 웨이퍼의 효율 저하는 무엇 때문에 일어나는가? P-type 결정질 실리콘 웨이퍼를 이용하여 제작하는 태양전지는 현재까지도 태양광 발전 분야에서 높은 점유율을 차지하고 있다. 하지만 P-type 웨이퍼에 존재 하는 최대 1×1018개의 oxygen이 boron dopant와 결합하여 boron-oxygen complex를 형성하게 되고, 이는 light-induced degradation (LID)을 야기하게 되어 minority carrier life time (MCLT)의 감소와 더불어 모듈에서는 1~3%의 효율 감소를 보이며 태양전지 에서는 0.2~0.5% 효율을 저하시키는 원인이 된다 [1,2]. 그러나 N-type 태양전지의 경우 기판에 phosphorus 가 존재하기 때문에 B-O complex에 의한 LID 현상이 생기지 않을 뿐만 아니라 Fe에 의한 불안정성이 없어 높은 lifetime을 가지고 있다 [3].
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참고문헌 (15)

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  9. K. Ryu, C. J. Choi, H. M. Park, D. H. Kim, A. Rohatgi, and Y. W. Ok, Sol. Energ. Mat. Sol. Cells, 146, 58 (2016). [DOI: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015. 11.031] 

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  15. J. Schon, M. C. Schubert, W. Warta, H. Savin, and A. Haarahiltunen, Phys. Status Solidi A, 207, 2589 (2010). [DOI: https://doi.org/10.1002/pssa.201026333] 

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