[논문]PECVD 공정을 이용한 후면 패시베이션 및 결정질 실리콘 태양전지 적용에 관한 연구

김관도

PECVD 공정을 이용한 후면 패시베이션 및 결정질 실리콘 태양전지 적용에 관한 연구
A Study on the Application of Thin Film Passivation and Crystalline Silicon Solar Cells Using PECVD Process 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.19 no.2, 2020년, pp.68 - 71

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, SiNx and Al2O3 thin film was manufactured using PECVD deposition process and applied to crystalline silicon solar cells, resulting in 16.7% conversion efficiency. The structural improvement experiment of the rear electrode resulted in a 1.7% improvement in conversion efficiency compared to the reference cell by reducing the recombination rate of minority carriers and increasing the carrier lifetime by forming a passivation layer consisting of SiNx and Al2O3 thin films through the PECVD process.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

Fig. 2와 같이 제작된 결정질 실리콘 태양전지 소자의 후면에 PECVD 공정을 이용하여 SiNx 및 Al₂O₃를 각각 40 nm, 30 nm 두께로 증착하여 Local BSF(Back Surface Field) 구조를 만들어 셀 효율을 측정하였다. 전면에는 반사방지막으로 SiNx 박막을 증착하였고, 후면에는 패시베이션 층으로서 Al₂O₃ 박막과 SiNx박막을 증착하였다.
태양전지 셀 후면에 Al₂O₃ 박막에 의한 전계효과 패시베이션(field-effect passivation) 기술을 사용하여 결정질 실리콘 태양전지를 제작하고 이러한 기술을 실제 생산에서 사용하고 있는 156x156 mm²결정질 실리콘 태양전지에 적용하여 효율이 증가함을 확인하고, 효율향상과 연관된 결과를 분석하였다. SiNx 박막은 복잡한 내부 결함 구조로 인하여 항상 (+) 전하를 띠게 된다.

대상 데이터

결정질 실리콘 태양전지 제작을 위하여 Boron이 doping된 p-type 다결정 실리콘 웨이퍼를 사용하였다. 준비된 기판은 확산 공정에 앞서 일반적으로 반도체 제조 공정에 적용되는 RCA 세정공정을 통하여 기판을 세정하였다.

성능/효과

태양전지의 효율을 향상시키기 위해 전계효과 패시베이션(field-effect passivation)에 대한 많은 연구가 진행되고 있으며 다양한 박막 제작 공정을 적용하여 태양전지 셀 후면에 박막을 증착함으로써 우수한 특성을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 PECVD 공정을 이용하여 SiNx와 Al₂O₃ 박막을 제작하여 결정질 실리콘 태양전지에 적용한 결과 16.7%의 향상된 변환효율을 얻을 수 있었다
후면 전극의 구조 개선 실험을 위하여 PECVD 공정으로 SiNx와 Al₂O₃ 박막으로 구성된 패시베이션 layer를 형성하여 후면을 패시베이션함으로써 소수캐리어들의 재결합율(recombination rate)을 줄이고 캐리어 lifetime을 증가시켜 Table 3과 같이 reference cell(Full BSF) 효율과 대비하여 1.7% 향상된 변환효율을 얻을 수 있었다.
후면 전극의 구조 개선 실험을 위하여 PECVD 공정으로 SiNx와 Al₂O₃ 박막으로 구성된 패시베이션층을 형성하여 결정질 실리콘 태양전지 후면을 패시베이션함으로써 소수 캐리어들의 재결합율 (recombination rate)을 줄이고 캐리어 lifetime을 증가시켜 Local BSF(Back Surface Field) 구조를 적용하지 않은 reference cell과 대비하여 보다 향상된 효율을 얻을 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	태양전지에서 재결합 속도는 어떠한 특징을 가지고 있는가?	실리콘 태양전지에서는 이러한 재결합이 셀 효율을 크게 감소시키는 원인 중의 하나로 작용하므로 이를 억제하기 위한 많은 방안들이 연구 개발 및 적용되고 있다. 재결합을 일으키는 과정은 여러 가지 이유가 있으나 태양전지 전면보다는 후면에서 재결합 속도가 더 큰 값을 가지는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 금속 전극에 의한 태양전지 후면은 높은 표면 재결합속도를 가지기 때문에 변환 효율의 저하 성분이 된다.
	표면 패시베이션이 이루어지는 이유는?	표면 패시베이션은 주로 반도체 소자의 계면에서 전자와 정공의 재결합을 감소시키기 위하여 이루어진다. 실리콘 태양전지에서는 이러한 재결합이 셀 효율을 크게 감소시키는 원인 중의 하나로 작용하므로 이를 억제하기 위한 많은 방안들이 연구 개발 및 적용되고 있다.
	BSF의 역할은 무엇인가?	후면 재결합 속도를 줄이는 방법으로는 태양전지 후면에 heavily doped p+ 영역을 생성시키는 것이며 이 pp+ 접합의 high-low junction을 BSF(Back Surface Field)라고 한다. 이 영역은 junction edge쪽에서 전하 캐리어들의 이동방향을 후면 쪽에서 태양전지 내부로 다시 이동하는 역할을 한다 [1-3].

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상세보기
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원문보기 상세보기
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