초록 ▼

본 연구 과제는 유연 비정질 실리콘 박막 태양전지 분야에서 임프린팅 기반의 미세 광학 패턴 텍스처링 공정기술을 최적화하는 기초연구로서, 1년차 ~ 5년차까지의 연구기간 동안 다음의 연구 성과를 도출하였다.

먼저 1차년도에는 태양전지 텍스쳐 패턴의 광학성능 최적화 연구가 수행되었다. 이를 위하여 모스아이(Moth-eye) 비반사 패턴의 반사율 계산을 위한 엄밀 결합파 해석 기반 광학 해석 모델을 수립하여 패턴의 높이 및 주기 변화에 따른 반사율 민감도를 확인한 결과, 패턴 높이는 400 nm 혹은 그이상, 패턴 주기는 2

본 연구 과제는 유연 비정질 실리콘 박막 태양전지 분야에서 임프린팅 기반의 미세 광학 패턴 텍스처링 공정기술을 최적화하는 기초연구로서, 1년차 ~ 5년차까지의 연구기간 동안 다음의 연구 성과를 도출하였다.

먼저 1차년도에는 태양전지 텍스쳐 패턴의 광학성능 최적화 연구가 수행되었다. 이를 위하여 모스아이(Moth-eye) 비반사 패턴의 반사율 계산을 위한 엄밀 결합파 해석 기반 광학 해석 모델을 수립하여 패턴의 높이 및 주기 변화에 따른 반사율 민감도를 확인한 결과, 패턴 높이는 400 nm 혹은 그이상, 패턴 주기는 200 ~ 400 nm 범위에서 반사율을 최대로 저감할 수 있음을 확인하였다. 또한 최초로 삼각단면 몰드 패턴에 대한 기포 생성 조건 도출을 위한 해석적 모델(Analytical Mathematical Model)을 개발하였다.

임프린팅 공정의 대량생산 적용을 위한 선결 조건으로서 저자격화가 필수인데 이에 대한 기술 개발의 한 축으로서 비진공 환경 공정이 있다. 2차년도에는 비진공 환경 공정 중의 기포 생성에 대해 2차원 스트라이프 패턴을 기준으로 유체유동 수치해석 모델을 개발/검증하였고, 공정조건(임프린팅 속도)과 물성 조건(접촉각, 점성, 표면장력)이 기포 생성에 미치는 민감도를 조사하여 기포 저감이 가능한 조건을 도출하였다.

3차년도에는 2차년도 연구에 이어 3차원 구조의 비반사 광학패턴에 대한 기포 생성 3차원 유체유동 수치해석 모델을 개발하여 검증을 수행하고, 3종류의 대표적 비반사 패턴(사각뿔, 원뿔, 모선공유원뿔 형태) 구조에 대하여 공정변수(잔류층 두께), 패턴의 기하학적 변수(패턴 주기, 높이)의 변화에 따른 기포 생성 민감도를 분석하였으며, 특히 광학특성(비반사율)을 높이면서 기포생성을 저감하기 위한 최적 조건을 도출하였다.

임프린팅 공정에서 대면적화를 지향하는 경우, 대면적 유연몰드의 변형이 발생할뿐만 아니라 UV레지스트가 경화 수축함에 따라 최종 전사 패턴의 치수 정밀도에 문제가 생길 수 있다. 4차년도에는 극대면적 몰드(470x370 ㎟) 재료에 대하여, 인덴테이션 시험을 통한 Mooney-Rivlin 비선형 초탄성물성치를 도출하고 이를 통해 유효물성치를 도입한 유한요소해석 모델을 개발한 후, 실험을 통하여 검증하였다. 또한 극대면적 몰드에서 발생하는 UV 레지스트의 경화 및 수축을 등방성 열변형으로 가정한 수치 해석을 통하여 변형량을 정량적으로 계산하여 실험으로 검증하였고, 최종적으로 극대면적 유연 몰드 패턴의 보상설계 가이드라인을 도출하였다.

5차년도에는 2 ~ 3차년도에 수행하였던 기포생성연구를 발전시켜 프리즘 패턴에 대한 기포 생성규명 및 저감 연구를 수행하여 기포생성저감 조건(공정변수 및 패턴의 기하학적 치수)를 도출하였고, 임프린팅 이형 공정에 대하여 점탄성 유한요소해석 모델을 수립하여 이형공정시 발생하는 잔류응력저감 조건을 도출하였다.

이상 5년간 수행되었던 롤링 임프린팅 기술을 이용한 유연 박막 태양전지 텍스처링 최적화 기술 개발연구를 통하여, 본 연구 과제에서는 비진공 환경 공정에서 기포 저감과 광학효율 저하 방지를 위한 공정 조건, 물성 조건 및 패턴의 기하학적 요구조건 최적화 기술과 대면적 공정에서 발생하는 극대면적 몰드의 변형과 레지스트의 경화수축을 고려하는 보상설계 기술을 개발하여 임프린팅 기반의 태양전지 텍스처링 공정의 신뢰성을 높일 것으로 사료된다.

(출처:연구결과 요약문 p.3)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4 1. 연구과제의 개요 ... 4 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6 5. 연구결과의 활용계획 ... 6 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6Ⅲ. 연구성과 ... 7끝페이지 ... 9