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.
가설 설정
- 실험적으로는 finger 개수의 증가로 인한 shading loss로 인한 전력 손실보다 특성 저항을 낮춤으로써 얻는 전력 이득이 더 큰 것으로 생각된다. 이것은 전면 전극 패턴 설계를 위한 모델링을 구성할 때, 평평한 평면 위에 finger가 인쇄되어 finger 아래 부분에서 shading loss가 일어나는 것으로 가정하였다. 하지만 실제 제작된 실리콘 태양전지는 textured 표면을 갖고 있기 때문에 설계 모델과는 다른 광흡수경로를 가지게 된다.
- 최소의 전력손실을 가지는 최적의 조건은 finger간의 간격(S)이 매우 작아 에미터의 면저항으로부터 생기는 전력 손실율(Ptl)이 매우 작아 무시할 수 있다고 가정한다. 이때, finger의 shading loss가 resistive loss와 contact loss의 합이 동일할 때이다.
제안 방법
- 4 cm x 4 cm 면적안의 finger 수를 17, 19 22 개로 설계하여 각각의 충진율(FF), 특성 저항(Rs), 전류밀도(Jsc)를 Light I-V와 QE를 통해 측정하였다. 계산 과정과 동일하게, finger의 수가 많을수록 저항으로부터 생기는 손실이 줄어 드는 것을 충진율이 증가하는 것으로부터 확인하였으나 전면의 금속 전극이 차지하는 비율이 늘어나 생성되는 전류밀도가 낮아지는 현상을 실험적으로 관찰하였다.
- 4) 다음으로 설계된 최적 전극 개수의 검증을 위하여, 나머지 공정은 동일한 상태에서 전극 개수 만을 달리한 동일한 면적의(4 cm x 4 cm) 태양전지를 제작하여 태양전지 패턴에 따른 효율 변화를 측정 및 검증하였다.
- 4) 태양전지의 전면 전극 패턴 설계를 위하여, busbar와 Finger의 구조를 포함한 기본 단위인 unit cell을 설정하였다. Finger와 busbar의 면적에 따른 선저항으로 인한 최대 전력값에 대한 표준화된 전력 손실율(Prf, Prb)은 다음과 같은 식(1,2)으로 나타낼 수 있다.
- 이후 서로 다른 finger 수를 갖는 각 단위 태양전지의 특성을 Light I-V로 평가하였다. finger 개수에 따른 최대 전력 값, Eff, Voc, Jsc 와 같은 태양전지 성능을 비교분석 하였다. 또한 qunatum efficiency(QE)측정을 통해, 전면 전극의 shading loss를 포함하지 않은 Jsc 값과 Light I-V 상의 Jsc값을 비교함으로써 실제로 finger에 의해 shading loss가 얼마만큼 일어나는지 측정하여 보았다.
- )를 Light I-V와 QE를 통해 측정하였다. 계산 과정과 동일하게, finger의 수가 많을수록 저항으로부터 생기는 손실이 줄어 드는 것을 충진율이 증가하는 것으로부터 확인하였으나 전면의 금속 전극이 차지하는 비율이 늘어나 생성되는 전류밀도가 낮아지는 현상을 실험적으로 관찰하였다. 계산 결과와 실험 수치로 구한 최대 전력값의 오차는 약 3.
- 계산된 최적 finger 개수인 19개를 기준으로 작거나 큰 패턴(17, 22개)를 각 3개씩 배치하여 총 9개의 소면적 결정질 실리콘 태양전지의 전면 전극의 패턴에 따른 전류 밀도 및 특성 저항 변화에 대한 영향과 효율 변화 521 태양전지를 제작하였다. 같은 웨이퍼 위 각각의 단위 태양전지는 에미터의 연결 단절 및 사이즈 규격화를 위해다이싱 공정을 통하여 정확히 4 cm x 4 cm로 절단하였다.
- 5 Ω·cm2 실리콘웨이퍼를 사용하였다. 다음으로 KOH+첨가제 용액으로 전후면 texturing을 진행하였다. 에미터 형성은 튜브 퍼니스를 사용하여 인(Phosphorus)을 웨이퍼 내부로 확산시켜 형성하였다.
- finger 개수에 따른 최대 전력 값, Eff, Voc, Jsc 와 같은 태양전지 성능을 비교분석 하였다. 또한 qunatum efficiency(QE)측정을 통해, 전면 전극의 shading loss를 포함하지 않은 Jsc 값과 Light I-V 상의 Jsc값을 비교함으로써 실제로 finger에 의해 shading loss가 얼마만큼 일어나는지 측정하여 보았다. 마지막으로 계산과 실제 실험 결과의 오차율이 어느 정도 차이가 나는지를 분석하였다.
- 또한 qunatum efficiency(QE)측정을 통해, 전면 전극의 shading loss를 포함하지 않은 Jsc 값과 Light I-V 상의 Jsc값을 비교함으로써 실제로 finger에 의해 shading loss가 얼마만큼 일어나는지 측정하여 보았다. 마지막으로 계산과 실제 실험 결과의 오차율이 어느 정도 차이가 나는지를 분석하였다.
- 본 연구에서는 먼저 문헌을 바탕으로 태양전지의 전면 전극 패턴에 따른 최소의 전력 손실을 갖는 계산 과정을 분석하여 면적당 최적의 전극 개수를 구하는 계산을 진행하였다.4) 다음으로 설계된 최적 전극 개수의 검증을 위하여, 나머지 공정은 동일한 상태에서 전극 개수 만을 달리한 동일한 면적의(4 cm x 4 cm) 태양전지를 제작하여 태양전지 패턴에 따른 효율 변화를 측정 및 검증하였다.
- 태양전지의 전면전극 패턴의 설계함에 있어 전력 손실을 최소화하기 위하여 finger에서 생기는 자체적인 금속 저항으로 생기는 전력 손실(resistive loss), 에미터와의 접촉저항으로 생기는 전력 손실(contact resistive loss), 그림자로 인하여 생기는 전력손실(shading loss), 에미터의면저항으로부터 생기는 전력 손실(emitter lateral loss)을모두 고려하여 설계하여야 한다. 이를 반영하여 단일 태양전지 상에 동일한 면적을 가진 서로 다른 finger수를 가진 패턴들을 인쇄하여 각 패턴에서 측정되는 충진율(FF), 특성 저항(Rs), 전류밀도(Jsc)를 비교하였다.
- 같은 웨이퍼 위 각각의 단위 태양전지는 에미터의 연결 단절 및 사이즈 규격화를 위해다이싱 공정을 통하여 정확히 4 cm x 4 cm로 절단하였다. 이후 서로 다른 finger 수를 갖는 각 단위 태양전지의 특성을 Light I-V로 평가하였다. finger 개수에 따른 최대 전력 값, Eff, Voc, Jsc 와 같은 태양전지 성능을 비교분석 하였다.
- 전면 전극 패턴은 은(Ag)으로 인쇄하고, 후면전극은 전체 웨이퍼 영역에 대해 알루미늄(Al)을 인쇄하였다. 이후, 전후면 동시 소성을 위해 RTP(Rapid Temperature Process) 장비를 이용하여 최대 온도 750 oc에서 3초간 열처리를 진행하였다.
- 이러한 실제와 설계 모델과의 차이점이 계산 결과와 실험 결과와의 오차의 원인이 되는 것으로 생각된다. 전면 전극 패턴을 계산할 때, 최적화된 태양전지의 최대 전력 값을 예상할 수 가 있으며 이를 실제 실험값과 비교하여 오차의 정도를 계산하여 보았다.
- 전면 전극의 shading 효과를 제거한 태양전지의 내부에서 생성되는 최대 전류를 각 태양전지별로 비교하기 위하여, 빔 사이즈를 finger 사이 1 mm x 4 mm 영역으로 제한하여 EQE(External quantum efficiency)를 측정하고 그 결과를 Fig. 5에 나타내었다.
- 에미터 형성은 튜브 퍼니스를 사용하여 인(Phosphorus)을 웨이퍼 내부로 확산시켜 형성하였다. 전면 패시베이션 및 반사 방지막 효과 증가를 위해 전면에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deopsition) 장비를 통한 실리콘 질화막(SiNx)을 약 70 nm의 두께로 형성 하였다. 동일한 공정을 거친 웨이퍼 위 설계된 전극 개수를 바탕으로 태양전지 전극은 스크린 프린트를 통해 인쇄하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서는 계산된 전면 전극 패턴에 따른 전력 손실값을 검증하기 위하여 4 cm x 4 cm 규격의 태양전지를 제작하였다.
- 초크랄스키(Czochralski)-Si p-type (100)방향의 웨이퍼의 두께 200um, 6 inch 사이즈, 비저항 1.0-1.5 Ω·cm2 실리콘웨이퍼를 사용하였다.
- 본 실험에서는 계산된 전면 전극 패턴에 따른 전력 손실값을 검증하기 위하여 4 cm x 4 cm 규격의 태양전지를 제작하였다. 태양전지 간 다른 태양전지 공정의 오차를 최소화하기 위하여 동일한 6 inch 웨이퍼 내에 전극 개수가 상이한 9개의 태양전지를 제작하였다.
이론/모형
- 전면 전극 설계를 위한 계산은 Martin Green의 Solar Cells의 문헌을 바탕으로 진행하였다.4) 태양전지의 전면 전극 패턴 설계를 위하여, busbar와 Finger의 구조를 포함한 기본 단위인 unit cell을 설정하였다.
성능/효과
- EQE 로부터 추출한 각 17, 19, 22 ea의 finger수를 가지는 미세전극 패턴별 전류밀도값은 39.4, 39.39, 39.46mA/cm2 으로 최대, 최소값의 차이가 0.07 mA/cm2 로써 태양전지 내부의 재결합에 의한 광생성 전류의 최대값은 유사함을 확인하였다. 한편 Light I-V curve에서 추출한 전류밀도 값은 37.
- 본 실험에서는 전면 전극 finger의 개수가 22ea인 패턴의 태양전지의 효율이 17.84 % 로 가장 높게 측정되었다. 실험적으로는 finger 개수의 증가로 인한 shading loss로 인한 전력 손실보다 특성 저항을 낮춤으로써 얻는 전력 이득이 더 큰 것으로 생각된다.
후속연구
- 8 %이며 이는 설계 모델과 실제에서 표면의 형상 차이 때문으로 생각된다. 후에 textured 표면 형상이 고려된 설계 모델을 고려하여 최적화된 최대 전력값의 오차율을 줄일 수 있는 방안을 연구할 계획이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.