[논문]레이저 스크라이빙 공정을 이용한 실리콘 태양전지의 측면분리 효과

주재홍; 정순원; 김광호

doi:10.5370/kiee.2017.66.5.851

레이저 스크라이빙 공정을 이용한 실리콘 태양전지의 측면분리 효과
Edge Isolation Effects on Silicon Solar Cells using a Laser Scribing Process 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.66 no.5, 2017년, pp.851 - 856

주재홍 (Dept. of Energy Convergence, Cheongju University) , 정순원 (Dept. of Solar & Energy Engineering, Cheongju University) , 김광호 (Dept. of Solar & Energy Engineering, Cheongju University)

Abstract ▼ AI-Helper

Research on the edge isolation process of typical polycrystalline silicon solar cells was carried out using laser scribing equipment. The voltage-current characteristics of the solar cell before and after laser scribing were analyzed using a solar simulator. Current density and efficiency increased as the fill factor of the solar cell remained constant after the laser scribing process. The efficiency of the solar cell can be increased in a short time by the edge isolation process performed via a laser scribing process. The polycrystalline silicon solar cell was made into a series electrode, and the efficiency of the solar cell increased because the width of the solar cell was narrowed and the active region was widened by the laser scribing process.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문에서는 공정 조건 변화를 통하여 측면분리 횟수에 따른 태양전지의 효율을 비교하였으며, 그 결과를 보고한다.

제안 방법

레이저 스크라이빙 장비를 이용하여 전형적인 다결정 실리콘 태양전지의 측면 분리 공정을 진행하였다. 솔라 시뮬레이터를 통한 레이저 스크라이빙 전후의 전압-전류 특성을 확인한 결과, 레이저 스크라이빙 공정 후의 태양전지에서 Fill Factor는 유지되면서 전류밀도와 효율이 증가함을 확인하였다.
또한, YLPM 콘트롤러를 이용하여 레이저의 파워 및 주파수를 설정할 수 있다. 레이저의 파워 및 주파수에 따른 레이저 스크라이빙 조건에 따른 실리콘 태양전지 표면의 스크라이빙되는 깊이와 폭을 확인하여 분석하였다.

대상 데이터

반복적인 레이저 스크라이빙을 위해서는 모션 콘트롤러의 Reset 버튼을 눌러 원점 복귀 모드를 실행한다. 상술한 일련의 과정을 1 cycle로 하여 레이저 스크라이빙 실험을 1번, 2번, 3번 반복적으로 진행하였고, 그 결과를 분석하여 비교하였다. 또한, 스크라이빙 전/후의 결과를 확인하기 위해 태양전지 시뮬레이터로 시뮬레이션하여 효율을 비교하였다.

데이터처리

상술한 일련의 과정을 1 cycle로 하여 레이저 스크라이빙 실험을 1번, 2번, 3번 반복적으로 진행하였고, 그 결과를 분석하여 비교하였다. 또한, 스크라이빙 전/후의 결과를 확인하기 위해 태양전지 시뮬레이터로 시뮬레이션하여 효율을 비교하였다.

성능/효과

레이저 스크라이빙 장비를 이용하여 전형적인 다결정 실리콘 태양전지의 측면 분리 공정을 진행하였다. 솔라 시뮬레이터를 통한 레이저 스크라이빙 전후의 전압-전류 특성을 확인한 결과, 레이저 스크라이빙 공정 후의 태양전지에서 Fill Factor는 유지되면서 전류밀도와 효율이 증가함을 확인하였다. 이는 단시간의 레이저 스크라이빙 공정을 통한 측면분리 공정을 행할 경우, 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있다는 사실을 확인하는 것이며, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 다결정 실리콘 태양전지를 직렬형태의 전극으로 만들어, 태양전지의 폭이 좁아져 활성영역이 넓어졌기 때문에 태양전지의 효율을 증가되었다고 판단된다.
솔라 시뮬레이터를 통한 레이저 스크라이빙 전후의 전압-전류 특성을 확인한 결과, 레이저 스크라이빙 공정 후의 태양전지에서 Fill Factor는 유지되면서 전류밀도와 효율이 증가함을 확인하였다. 이는 단시간의 레이저 스크라이빙 공정을 통한 측면분리 공정을 행할 경우, 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있다는 사실을 확인하는 것이며, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 다결정 실리콘 태양전지를 직렬형태의 전극으로 만들어, 태양전지의 폭이 좁아져 활성영역이 넓어졌기 때문에 태양전지의 효율을 증가되었다고 판단된다. 또한, 반복 스크라이빙에 의해 특성이 다소 개선되는 것으로 확인되는 바, 향후 추가적인 연구를 통하여 최적화할 필요성이 있다.

후속연구

또한, 그래프에서 보는 것과 같이 3회에 걸친 반복 스크라이빙에 의해 특성이 다소 개선되고 있는 것으로 확인되는 바, 향후 추가적인 실험을 통하여 최적화할 필요성이 있다. 다만, 많은 횟수의 반복 스크라이빙의 경우 다결정 실리콘 태양전지가 파손되는 문제가 생길 수 있으므로 기판의 두께를 감안하여 스크라이빙되는 깊이를 주의 깊게 관찰할 필요가 있다.
이는 단시간의 레이저 스크라이빙 공정을 통한 측면분리 공정을 행할 경우, 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있다는 사실을 확인하는 것이며, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 다결정 실리콘 태양전지를 직렬형태의 전극으로 만들어, 태양전지의 폭이 좁아져 활성영역이 넓어졌기 때문에 태양전지의 효율을 증가되었다고 판단된다. 또한, 반복 스크라이빙에 의해 특성이 다소 개선되는 것으로 확인되는 바, 향후 추가적인 연구를 통하여 최적화할 필요성이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	p-n 접합 공정이란?	실리콘 태양전지 제조공정에서 p-n 접합 공정은 매우 중요하다. 고온의 확산로(furnace)를 이용하여 p형 웨이퍼에 n형 영역을 형성하기 위해 POCl3 용액을 확산시키는 공정이다. n형 영역은 태양전지 앞, 뒷면에 형성이 되고, 효율을 증가시키기 위해서는 앞, 뒷면 사이에 재결합통로가 만들어져 누설전류가 발생하는 것을 막아야 한다.
	결정질 실리콘 태양전지의 점유율이 높은 이유는?	특히, 결정질 실리콘을 이용한 태양전지는 전체 태양전지 시장의 85 % 이상을 차지하고 있으며, 향후에도 이러한 시장 점유율이 크게 바뀌지 않으리라는 의견이 많다[7]. 결정질 실리콘 태양전지의 점유율이 높은 이유는 원료 물질의 풍부함으로 인한 저비용으로 구현이 가능하다는 것과 현재까지 반도체 산업에서 가장 널리 사용된 재료로서 축적된 연구를 통한 이해도가 높으며, 제조공정이 확립되어있기 때문이다[7]
	레이저 공정에서 중요한 것은?	레이저 공정은 실리콘 표면에 빔을 조사하여 발생한 에너지가 재료에 흡수되고, 에너지는 표면열원이 되어 가열, 용융현상들로 인하여 가공이 이루어진다. 따라서 레이저가 조사된 영역 주변에는 열변형층(heat affected zone)이라 불리는 변형이 일어나기 때문에, 열손상이나 구조변화를 일으키지 않게 재료를 제거하기 위해서는 최소한의 에너지를 찾아 공정하는 것이 중요하다[12-14]. 결정질 실리콘 태양전지의 경우 태양전지의 가장자리 테두리를 격리시키기 위해 레이저 빔으로 스크라이빙하거나, 표면을 거칠게 가공해 태양광의 입사면적을 넓히고 있다.

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