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SUMMARY
그림목차
표목차
목차
제1장 서론 19
제2장 GaAs 태양전지 제조 특성 23
제1절 GaAs／GaAs 태양전지 23
1. MOCVD를 이용한 GaAs 박막층 형성 23
가. 장치 설명 23
나. GaAs 기판 준비 ［7］ 27
다. GaAs 박막층 형성 27
2. GaAs／GaAs 태양전지의 구조 39
가. GaAs／GaAs 태양전지 구조 ［14,15,16］ 39
나. 전극 형성 및 AR Coating 41
제2절 GaAs／Ge 태양전지와 Ge／GaAs 이종접합 형성 44
1. GaAs／Ge 태양전지의 구조 45
가. 다층형 GaAs／Ge 태양전지의 구조 45
나. 다층 구조 GaAs／Ge 태양전지의 제조 공정 46
2. GaAs／Ge 다층 태양전지의 변환 효율 56
가. 인공 태양(solar simulator)에 따른 GaAs／Ge 태양전지 특성의 차이 60
나. 분광 응답 특성(spectral response) 61
다. 집광(concentration) 효과 62
3. GaAs／Ge 태양전지의 안정성 63
가. 양자와 전자 충격에 대한 안정성 ; 우주선(cosmic ray)에 대한 안정성 64
나. 열주기에 대한 안정성 64
다. 역전류와 역전압에 대한 안정성 68
4. GaAs／Ge 단층 태양전지의 구조 70
가. 단층형 GaAs／Ge 태양전지의 제조 공정 71
제3장 GaAs 태양전지 제조 특성 76
제1절 GaAs／GaAs 태양전지 76
1. MOCVD를 이용한 GaAs 박막층 형성 76
가. 장치 설명 76
2. MOCVD SYSTEM 77
가. MOCVD 77
나. Starting Materials 78
다. Scrubbing System 78
라. H₂ Purifier 79
마. 안전 System 79
3. crystal growth 83
가. substrate 와 preparation 83
나. 기본 process parameters 84
다. crystal growth 84
4. 박막 특성측정 96
가. X-Ray 측정 96
나. PL 측정 98
다. lager reflectometer 측정 98
라. TLM Pattern 측정[원문불량;p.83] 99
5. 결론 109
제4장 고효율 III-V 계 화합물 태양전지 110
제1절 태양전지의 개요 110
제2절 반도체 다층구조용 MOCVD 113
1. III-V 족 화합물반도체 성장용 MOCVD 113
2. MOCVD 실험장치 114
가. MOCVD 기술의 개요 114
나. MOCVD 실험장치 116
3. MOCVD 방법에의한 에피층 성장 기구 121
가. MOCVD 에피 성장 기구 121
나. MOCVD 기술에 의해 성장 가능한 여러가지 재료 123
4. Hall 측정 및 DCXD 측정 128
가. Hall 측정 128
나. DCXD (double crystal X-ray diffractomerty) 측정 130
제3절 MOCVD 기술에 의한 선택성장 및 양자세선 성장 133
1. MOCVD를 이용한 C-doped GaAs 133
2. 선택성장 및 양자세선의 제작 138
가. MOCVD 법에의한 선택성장 138
나. 실험 결과 및 논의[원문불량;p.126] 141
다. CBr₄ 주입에의한 수평방향 성장속도의 조절[원문불량;p.132] 148
3. 수평방향 p-n 접합 어레이 제작 기술[원문불량;p.140] 152
제4절 MOCVD에 의한 태양전지 제작 159
1. 화합물반도체 태양전지의 개요 159
2. 태양전지의 이론 160
3. 태양전지의 제작 163
4. DCXD 의 결과 및 전류-전압 특성 163
5. 변환효율 특성 169
6. 태양전지의 요약 175
제5절 컴퓨터 해석에 의한 태양전지의 최적설계조건 176
1. Heteroface 태양전지의 최적 설계조건 176
2. 컴퓨터 해석에 사용된 조건들 177
3. 결론 179
제5장 결론 183
(표 2.1) 1 Sun, AM 0, 25℃ 조건에서 측정한 GaAs／Ge 다층 태양전지의 변환 효율 58
(표 2.2) 미국의 SERI(현 NREL), NASA, 및 Spire 사에서 측정한 GaAs／Ge 다층 태양전지의 특성(1 Sun, AM 0, 25℃ 조건) 58
(표 2.3) 광원의 분광 조성과 동작 온도에 따른 GaAs／Ge 다층 태양전지 특성의 변화 59
(표 2.4) GaAs／Ge 다층 태양전지 특성의 온도 계수 59
(표 2.5) GaAs／Ge 및 GaAs／GaAs 태양전지에 대한 역전류 인가 시험 결과 69
(표 3.1) MOCVD에서 사용되는 유기화합 물질 과 가스류 80
(표 3.2) MO물질의 여러 가지 물성적인 특징 81
(표 3.3) MO 물질의 특성 82
(표 3.4) source양에 따른 성장률 92
(표 3.5) DEZn 양에 따른 TLM pattern 결과 100
(표 4.1) 여러가지 에피성장기술의 장단점 비교 ［47］ 117
(표 4.2) III-V족 화합물 반도체 태양전지의 성장조건 123
(표 4.3) 여러가지 화합물 반도체의 반응재료와 성장속도 및 성장온도 특성 ［47］ 124
(표 4.4) 여러 유기금속 전구체들의 물성 ［48］ 125
(표 4.5) p-n 접합 태양전지의 성장조건 170
(표 4.6) Heteroface 태양전지의 성장조건. 171
(표 4.7) 다중양자우물 태양전지의 성장조건 172
(표 4.8) Heteroface 태양전지의 특성 173
(표 4.9) 다중양자우물 태양전지의 특성 174
(표 4.10) 컴퓨터 해석에서 사용된 입력변수들의 값. 178
(표 4.11) AlGaAs／GaAs heteroface 태양전지의 최적 설계사양 182
［그림 2.1］ 상압형 MOCVD 장치 기본 개요도 24
［그림 2.2］ 반송가스의 초기상태시 외부방출 밸브(a)와 정상상태시 반응기내 인입 밸브(b)개요도 25
［그림 2.3］ 불순물(dopant) 반응기내 인입을 위한 이중 희석 단계 개요도 26
［그림 2.4］ GaAs 박막 성장온도 720℃에서 Sn 분압에 따른 불순물 농도 변화 28
［그림 2.5］ Profile meter로 측정키 위하여 성장온도 720℃에서 성장시킨 GaSa박막의 Sn 불순물 농도 변화에 따른 구조 29
［그림 2.6］ Chemical electron profile 방식으로 GaAs 박막 두께에 따른 Sn 불순물 농도 분포도 ; ［그림 2.5］ 관련 30
［그림 2.7］ GaAs 박막 성장온도 700℃에서 Te 분압에 따른 불순물 농도 변화 32
［그림 2.8］ Profile meter로 측정키 위하여 성장온도 700℃에서 성장시킨 GaAs 박막의 Te 불순물 농도 변화에 따른 구조 32
［그림 2.9］ Chemical electron profile(priofile) 방식으로 GaAs 박막 두께에 따른 Te 불순물 농도 분포도 ; ［그림 2.8］ 관련 33
［그림 2.10］ GaAs 박막 성장온도 700℃에서 Zn 분압에 따른 불순물 농도 변화 34
［그림 2.11］ Profile meter로 측정키 위하여 성장온도 700℃에서 성장시킨 GaAs 박막의 Zn 불순물 농도 변화에 따른 구조 34
［그림 2.12］ Chemical electron profile 방식으로 GaAs 박막 두께에 따른 Zn 불순물 농도 분포도 ; ［그림 2.11］ 관련 35
［그림 2.13］ 성장온도 750℃에서 Ga₁-xAlxAs(이미지참조) 박막을 얻기 위한 Al／Ge의 분압비에 따른 박막에서의 'x'값의 변화 37
［그림 2.14］ 성장온도 750℃에서 형성한 서로 다은(다른) 'x'을 갖는 Ga₁-xAlxAs(이미지참조) 박막 구성(a) 및 표준시료 Si(600)을 이용하여 DCXRD로 측정한 각 거리(b) 38
［그림 2.15］ GaAs／GaAs 태양전지의 서로 다른 박막구성에 따른 4가지 구조 39
［그림 2.16］ 반 반사막 형성을 위해 ZnS와 MgF₂ 증착시에 Real-time base로 측정된 GaAs／GaAs 태양전지의 전류증가 형태 43
［그림 2.17］ GaAs／Ge 다층 태양전지의 단면 48
［그림 2.18］ GaAs 박막성장시 Ga과 As의 Ge기판 내부 확산 현상 (SIMS profile) 49
［그림 2.19］ Ga과 As의 Ge에 대한 고체용융도(solid solubility) 및 확산 계수(diffusion coefficient) 49
［그림 2.20］ CLEFT 박막 성장 과정 53
［그림 2.21］ CLEFT 방식으로 만든 GaAs 태양전지의 단면 53
［그림 2.22］ Ge 및 주요 III-V 족 반도체의 격자 상수와 에너지 갭 54
［그림 2.23］ 사진 식각법(photolithography)을 이용한 전극 형성 55
［그림 2.24］ AM 조건에 따른 태양광의 분광 조성(AM 0, AM 1.5, AM 5.5) 57
［그림 2.25］ AM 1.5 조건에서 인공 태양에 따른 태양전지 특성의 차이 60
［그림 2.26］ X-25 인공 태양과 성층권에서 측정한 GaAs／Ge 태양전지의 특성 60
［그림 2.27］ GaAs와 Ge의 접합 형성에 따른 각각의 I-V 특성과 함몰 현상 61
［그림 2.28］ GaAS／Ge 접합의 내부 양자 효율(internal quantum yield) 62
［그림 2.29］ AM 0 조건에서 GaAs／Ge 다층 태양전지의 집광 효과 63
［그림 2.30］ 양자 충격에 의한 태양전지 특성의 변화 65
［그림 2.31］ 전자 충격에의한 태양전지 특성의 변화 66
［그림 2.32］ 300℃ 기준 열주기 시험으로 인한 GaAs／Ge 태양전지의 효율 변화 67
［그림 2.33］ 370℃ 기준 열주기 시험 결과(효율 측정 온도 28℃) 68
［그림 2.34］ GaAs／Ge 단층 태양전지의 단면 70
［그림 2.35］ Ge 기판 위의 GaAs 성장 조건과 내부 양자 효율 73
［그림 2.36］ 단층형 GaAs／Ge 태양전지의 전류-전압 특성 ('90년 말, Varian 사) 73
［그림 2.37］ 1 MeV 전자 충격으로 인한 태양전지의 효율 변화 75
［그림 2.38］ 양자 충격으로 인한 여러가지 태양전지의 효율 변화 75
［그림 3.1］ TMGa양과 x-mole fraction의 관계 86
［그림 3.2］ TMAl양과 x-mole fraction의 관계 87
［그림 3.3］ TMIn양과 x-mole fraction의 관계 87
［그림 3.4］ TMGa양과 x-mole fraction의 관계 88
［그림 3.5］ TMIn／TMGa비와 x-mole fraction의 관계 88
［그림 3.6］ TMIn／TMGa비와 파장과의 관계 89
［그림 3.7］ PH₃／AsH₃비와 x-mole fraction의 관계 90
［그림 3.8］ PH₃／AsH₃비와 파장과의 관계 91
［그림 3.9］ TMGa＝5.6, TMAl＝6.4, AsH₃＝50[원문불량;p.83] 101
［그림 3.10］ TMGa＝2.4, TMAl＝14.7, AsH₃＝50[원문불량;p.83] 101
［그림 3.11］ TMIn＝100, TMGa＝4.4, AsH₃＝8, PH₃＝250, 300, 350 102
［그림 3.12］ TMIn＝102, TMGa＝3.3, AsH₃＝8, PH₃＝300, 315, 330 102
［그림 3.13］ TMIn＝112, TMGa＝2.6, AsH₃＝8, PH₃＝330, 345, 360 103
［그림 3.14］ TMIn＝86, TMGa＝4.4, AsH₃＝8, PH₃＝250, 265, 280 103
［그림 3.15］ TMIn＝90, TMGa＝4.1, AsH₃＝8, PH₃＝170, 200, 230 104
［그림 3.16］ TMIn＝97.4, TMGa＝3.63, AsH₃＝8, PH₃＝200, 230, 260 104
［그림 3.17］ TMIn＝90, TMGa＝4.1, AsH₃＝8, PH₃＝170, 200, 230 105
［그림 3.18］ TMIn＝97.4, TMGa＝3.6, AsH₃＝8, PH₃＝200, 230, 260 105
［그림 3.19］ TMIn＝97.4, TMGa＝3.6, AsH₃＝8, PH₃＝200, 230, 260 106
［그림 3.20］ laser reflectometer 측정 1 107
［그림 3.21］ laser reflectometer 측정 2 107
［그림 3.22］ laser reflectometer 측정 3 108
［그림 3.23］ laser reflectometer 측정 4 108
［그림 3.24］ laser reflectometer 측정 5 109
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