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목차
Ⅰ. 서론 15
1. 태양광 기술 개발 배경 15
2. 태양전지의 개요 17
2-1. 태양전지의 역사 17
2-2. 태양전지의 동작 원리 19
2-3. 태양전지의 특성 평가 방법 21
2-4. 태양전지의 효율 손실 기구 26
2-5. 태양광 발전의 특징 26
2-6. 태양전지의 구분과 종류 27
(1) 무기물(실리콘) 태양전지 28
① MINP (Metal-Insulator-NP junction) 태양전지 29
② PESC (Passivated Emitter Solar Cell) 태양전지 30
③ PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) 태양전지 31
④ PERL (Passivated Emitter Rear Locally Diffused) 태양전지 33
⑤ SPSC (Screen Printed Solar Cell) 태양전지 34
⑥ BCSC (Buried Contact Solar Cell) 태양전지 37
⑦ DSBC (Double Sided Buried Contact Solar Cell) 태양전지 39
⑧ HIT cell (Hetero junction with Intrinsic Thin layer) 41
⑨ IBC (Interdigitated Back Contact)-Point contact 태양전지 42
⑩ LFC (Laser Fired Contact) 태양전지 44
⑪ OECO (Obliquely Evaporated Contact) 태양전지 45
(2) 유기물 태양전지 45
(3) DSSC (Dye Sensitized Solar Cell, 염료감응 태양전지) 47
3. 실리콘 태양전지의 산업 동향 48
Ⅱ. 본론 51
1. 연구 동기 및 목표 51
2. 실험 방법 52
2-1. 기판 준비 52
2-2. 에미터(emitter) 형성 53
2-3. 전면 passivation 공정 56
(1) SiO₂(CTP, classical thermal processing) 57
(2) P-SiNx (by PECVD) 59
(3) S-SiNx (by sputter system) 60
2-4. 스크린 프린팅(screen printing)을 이용한 전후면 전극 형성 61
(1) 실험 준비 61
(2) 전면 전극 시스템의 설계 64
(3) 전극의 형성 (Direct printing) 65
(4) 전극의 소성을 위한 열처리 (Firethrough) 67
Ⅲ. 실험 결과 고찰 70
1. 표면 texturing 구조의 반사율 측정 70
2. 표면 passivation에 따른 lifetime 및 반사율 측정 결과 71
3. Screen printing 금속 전극의 물리적, 전기적 특성 평가 74
3-1. 전후면 Co-firing 조건별 금속 전극의 저항 측정 74
3-2. 후면 전계 (Al-BSF)형성을 위한 열처리 온도 상승 조건의 최적화 76
3-3. Screen printing 태양전지의 solar simulator를 통한 효율 측정 82
Ⅳ. 결론 85
Ⅴ. 참고문헌 87
Ⅵ. Abstract 92
표 1. Mask에 포함된 각각의 pattern에 대한 dimension 65
표 2. Direct printing 공정에 대한 process recipe 66
표 3. Co-firing peak 온도별 전후면 전극의 저항 측정 결과 74
표 4. 온도 상승률에 따른 후면 BSF층의 두께 측정 결과 77
표 5. 온도 상승률에 따른 후면 Al 전극의 저항값 측정 결과 78
표 6. 전면 전극 설계에 대한 각 spacing에 따른 전지의 변환 효율 측정 결과 83
표 7. 전후면 전극의 Co-firing 조건별 전지의 변환 효율 측정 결과 84
표 8. 전면 passivation 종류별 전지의 변환 효율 측정 결과 84
그림 1. 미국에서 제시한 미래의 에너지 수요와 그 자원에 대한 예측 15
그림 2. Breakaway Path with Learning Investment for PV & Fuel Cell 17
그림 3. Bell Labs engineer testing solar battery in 1954, from Bell Labs website 18
그림 4. 태양전지의 Photovoltaic effect 19
그림 5. 평형상태에서의 반도체 p-n접합(a)과 광조사시의 band gap 변화(b) 20
그림 6. 지표상의 태양 에너지 spectrurn 분포 22
그림 7. 지구 천정과의 각도(Zenith angle)에 대한 Air mass number 24
그림 8. 태양전지의 등가회로 24
그림 9. 태양전지의 출력 특성 곡선 25
그림 10. 재료에 따른 태양전지의 분류 27
그림 11. MINP solar cell의 구조 29
그림 12. PESC (passivated Emitter Solar Cell) 30
그림 13. PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) 32
그림 14. PERL (Passivated Emitter Rear Locally Diffused) 33
그림 15. SPSC (Screen Printing Solar Cell) 35
그림 16. BCSC (Buried Contact Solar Cell) 38
그림 17. BCSC 태양전지의 전면 Groove (Ni/Cu, no Ag) 39
그림 18. DSBC (Double Sided Buried Contact Solar Cell) 40
그림 19-(a) HIT solar cell (Hetero junction with intrinsic Thin layer) 41
그림 19-(b) High performance at high temperature of HIT solar cell(Development of HIT solar cell was supported in part by NEDO, SANYO Electric Co., Ltd. / Japan) 42
그림 20. Interdigitated Back Contact (IBC) solar cell 42
그림 21. Low cost rear contact solar cell (A-300, Sunpower Co., Ltd.2003) 43
그림 22. LFC (Laser Fired Contact) solar cell 44
그림 23. OECO(Obliquely Evaporated Contact) solar cell 45
그림 24. 유기고분자 태양전지의 구조 및 동작원리 46
그림 25. 염료감응 태앙전지의 구조 및 동작 원리 48
그림 26. Acid texturing된 표면의 random pyranids(a)와 확대한 tip 부분(b)의 SEM(scanning electron microscope) image, HTACH, S-4700 53
그림 27. Emitter 형성을 위해 사용한 diffusion furnace의 모식도 (SJF-1000, Sungjin Semitech, Korea) 54
그림 28. (a) 확산시간 대비 면저항값 변화 (b) 확산시간 대비 PSG두께 변화 (c)확산시간 대비 junction depth변화 55
그림 29. Wet - oxidation furace의 공정 모식도 57
그림 30. 일반적인 wet-oxidation의 각 조건별 profile 58
그림 31. 각 온도 구간별 process 진행 상황 59
그림 32. 플라즈마 화학 기상 증착 장치(PECVD)의 개략도 60
그림 33. SiNx막 증착을 위한 RF magnetron sputtering system의 모식도 61
그림 34. 반자동 개폐식 screen printer 62
그림 35. (a) Wire - mesh screen mask, (b) Screen printing의 동작 순서 63
그림 36. 전면 전극의 설계 도면 64
그림 37. Metal paste conductor의 squeegee 이동에 의한 Direct printing 66
그림 38. 고온 열처리에 의한 metal - sintering(소결화) 68
그림 39. 열처리과정 중 일어나는온도구간별 기판 표면의 반응 68
그림 40. Screen printing에 사용한 전극 Paste의 firing 조건 69
그림 41. Na₂CO₃를 이용한 isotropic texturing한 단결정 실리콘 기판 표면에 대한 현미경 사진 -좌(×200), 우(×1000) 70
그림 42. Texturing된 기판 표면의 반사율 저감효과 71
그림 43. 여러 passivation막의 effective lifetime 측정 결과 72
그림 44. 각 passivation막의 반사율 측정 결과 73
그림 45. Belt furnace를 이용한 Al 후면전극의 열처리 온도별 저항 측정 결과 75
그림 46. Belt Eunace를 이용한 Al 후면전극의 열처리 온도별 lifeline 측정 결과 75
그림 47. RTP(rapid thermal process) system의 모식도 (ULTECH, Korea) 76
그림 48. 온도 상승률에 따른 후면 BSF층의 SEM image관찰 결과 78
그림 49. 기판 표면에서 bulk층으로 Al이 침투하는 깊이에 대한 SEM-EDX분석을 위해 설정한 측정 구간 79
그림 50. Al의 침투 깊이에 따른 ① ∼ ④ 구간의 원자 함유량 81
그림 51. Screen printing 태양전지의 full 공정 모식도 82
그림 52. 태양전지의 광변환 효율을 측정하기 위한 solar simulator 83
그림 53. 최적화된 각각의 세부 공정 조건을 적용하여 제작한 screen printing 태양전지의 광변환 효율 86
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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