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문제 정의
- 본 연구에서는 intrinsic buffer의 특성을 평가하기 위하여 실리콘 웨이퍼를 비정질 실리콘으로 passivation하고 QSSPC로 lifetime을 측정하였다. 기판 온도와 수소 dilution 에 따른 passivation 특성 변화를 평가하고 여러 조건을 사용하여 만들어진 태양전지를 비교하였다.
제안 방법
- Buffer가 없는 조건과 R=0, R=4 인 buffer를 삽입한 조건 등 세 가지 조건의 태양전지를 제조하고 특성을 평가하였다.
- p type 비 정잘 실리콘(〜35nm)이 back surface field로서 증착되었으며 A1 이 back metal로 증착되었다. Cell size는 1cm2이며 4x4 wafer 위의 9개의 cell을 측정하여 평균을 구하였다.
- 56MHz PECVD를 사용하였다. Lifetime 측정을 위해 웨이퍼 양쪽에 증착을 하여 n/i/FZ/i/n의 대칭적인 구조가 되도록 하였다.
- lifetime에서 얻은 결과를 태양전지에 적용하였다. Buffer가 없는 조건과 R=0, R=4 인 buffer를 삽입한 조건 등 세 가지 조건의 태양전지를 제조하고 특성을 평가하였다.
- 기판 온도와 수소 dilution 에 따른 passivation 특성 변화를 평가하고 여러 조건을 사용하여 만들어진 태양전지를 비교하였다.
- 기판 온도의 영향을 알기 위해 50℃~150℃ 사이에서 FZ wafer 양쪽에 비정잘 실리콘을 증착한후 QSSPC로 lifetime을 측정하였다. H2 dilution 유무에 관계없이 l00℃에서 증착한 경우에 가장 높은 lifetime 값을 보였다.
- 몇 가지 intrinsic buffer 조건에 대해 태양전지를 제조하였다. FZ 10Ω2cm wafer(4cm x 4cm)에 intrinsic buffer와 n type 비정질 에미터를 증착하였다.
- 비정질 실리콘 증착을 통한 실리콘 웨이퍼 passivation 특성에 기판 온도와 수소 dilution 이 미치는 영향을 QSSPC를 이용하여 평가하였다. 기판 온도 100도에서 최적의 특성을 보였으며 그보다 낮은 경우와 높은 온도에서는 passivation 특성이 저하되었다.
대상 데이터
- 제거하였다. Intrinsic layer 는 60MHz vhf-PECVD를 사용하여 증착하였으며 n-type 비정질 실리콘은 13.56MHz PECVD를 사용하였다. Lifetime 측정을 위해 웨이퍼 양쪽에 증착을 하여 n/i/FZ/i/n의 대칭적인 구조가 되도록 하였다.
- R=6은 150mT로 SiH4 partial pressure를 비슷하게 하였다. n-type 비정질 실리콘은 기판온도160'C, PH3/SiH4=l%, R=1.5, 300mT, RF power 60mW/cm2 조건으로 13nm 증착하였다. 일부 샘플에 대해서는 Forming gas annealing을 400℃, 40분 처리되었다.
- Anti-reflection layer 및 전극으로써 ZnO:Al을 sputter로 약 80nm 증착한 후에 metal grid를 이용하여 front metal(Al/Ag)을 증착하였다. p type 비 정잘 실리콘(〜35nm)이 back surface field로서 증착되었으며 A1 이 back metal로 증착되었다. Cell size는 1cm2이며 4x4 wafer 위의 9개의 cell을 측정하여 평균을 구하였다.
성능/효과
- Intrinsic buffer 삽입(R=4)을 통하여 slunt 저항이 개선되는 것을 확인하였다. 이는 intrinsic buffer 가 defect passivation 효과를 높여줬다는 것을 의미한다.
- 때 결과이다. R=0인 경우는 intrinsic buffer가 없는 경우보다 lifetime이 줄어들었으나 수소를 섞은 경우에는 크게 증가하는 것이 관찰되었다. 특히 R=4인 경우 recombination velocity parameter S가 10cm/s 근처의 좋은 passivation 특성을 나타냈다.
- 기판 온도 100도에서 최적의 특성을 보였으며 그보다 낮은 경우와 높은 온도에서는 passivation 특성이 저하되었다. 낮을 경우는 박막 특성의 저하가 예상되며 100도보다 높을 경우에는 partial epitaxy에 의한 특성 저하로 예상된다.
- 실리콘 웨이퍼에 220nm 정도의 박막을 증착한 후 FT-IR을 측정 한 결과 기판 온도가 증가함에 따라 2100cm-l에서의 홉수도가 약간 감소하는 경향을 보였으며 이는 좀 더 compact한 박막이 증착되었음을 의미한다. 하지만 그 차이는 크지 않으므로 기판 온도에 따라 lifetime이 크게 변하는 것은 높은 온도에서는 partial epitaxy가 발생하는 것으로 추정되며 낮은 온도에서는 박막 자체의 결함이 증가하기 때문으로 생각된다.
- 일반적으로 비정질 실리콘 태양전지에서는 박막 특성 향상을 위하여 수소를 dilution하는 것이 박막 특성을 좋게 하는 것으로 알려져 있다[기. 이에 따라 수소를 섞을 때의 영향을 알기 위해 FT-IR를 측정한 결과 수소가 없을 경우 2100 cm시의 signal이 증가하는 것으로부터 수소 첨가가 박막 내의 defect를 줄여서 lifetime을 향상시키는 것으로 예상된다.
- 특히 R=4인 경우 recombination velocity parameter S가 10cm/s 근처의 좋은 passivation 특성을 나타냈다. 제조된 샘플을 forming gas annealing한 후 다시 즉정하였을 때 intrinsic buffer가 없는 경우는 lifetime이 감소하였으나 buffer가 있는 경우는 증가하며 3.5 ms 가까운 값으로 수렴하는 것이 관찰되었다. 이는 수소 원자에 의한 Si dangling bond passivation 이 증가하였기 때문으로 예상되는데 forming gas annealing 후에 오히 려 박막 내의 수소가 감소하는 것을 보면 열처리 과정 중에 들어온 수소보다는 내부의 수소가 확산하여 주변의dangling bond를 passivation한 것으로 생각된다.
- 모든 공정이 저온(<250 ℃)에서 이뤄지므로 사용할 수 있는 wafer의 범위가 넓고 100㎛이하의 얇은 웨이퍼도 사용할 수 있으며 공정 비용이 줄어든다는 장점이 있다. 효율 또한 Sanyo[1]에서 n-type wafer를 사용하여 20%가 넘는 효율을 달성하였고 p-type|2| 또한 17%가 넘는 등 기존의 도핑 방식의 태양전지와 유사한 효율을 보이고있다.
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