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제출문
[연구진]
에너지 자원기술개발사업 최종보고서 초록
요약문
목차
다결정 실리콘 잉곳 양산 기술개발(제목없음) 22
제1장 연구개발과제의 개요 22
1절 과제의 개요 22
2절 기술개발의 필요성 22
제2장 국내외 기술개발 현황 25
1절 기술 일반 25
1. 국외의 현황 27
2. 국내 현황 36
3. 국내외 특허 및 현존 기술과의 관련성 38
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 39
1절. 장치의 개발 39
1. 이론적, 실험적 접근 방법 39
2. Chamber의 제작 43
3. Hot zone의 설계 46
2절. Recycle system 48
3절. 공정의 개발 50
1. 비저항의 제어 50
2. 공정 기술 54
3. 잉곳의 물성분석 60
4절. 개발의 결과 69
1. 다결정 대형 실리콘 잉곳의 성장 기술 개발 69
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 71
1절 목표달성도 71
2절 기대효과 74
1. 보급 기대효과 74
2. 기타 부대효과 75
제5장 참고문헌 76
ADS법에 의한 태양전지용 다결정 실리콘 잉곳 제조 및 물성분석 기술 연구(제목없음) 77
제1장. 사업의 필요성(중요성) 77
제1절. 기술개요 및 개발 필요성 77
1. 기술의 개요 77
2. 기술개발의 필요성 77
제2절. 연구개발의 내용 및 범위 78
제2장. 관련 기술의 이론적 배경 및 국내외 연구동향 79
제1절. 다결정 실리콘 기판의 물성평가 79
1. 결정구조 80
2. 결정입자 크기 80
3. 결정결함(Defect) 84
4. 불순물 혼입농도 85
제2절. 국내외 연구동향 90
1. 국내 경우 90
2. 국외 경우 90
3. 국내외 특허 및 현존 기술과의 관련성 94
4. 현존기술의 문제점 및 해결방안 96
제3장. 다결정 실리콘 잉곳 제조 98
제1절. ADS 실험장치 98
제2절. ADS 실험순서 100
제3절. ADS 실험결과 101
1. Porous silica crucible 101
2. 냉각속도에 따른 실리콘 잉곳의 결정구조 102
3. 결정입자 크기 107
4. 기판의 비저항분포 108
5. 산소 및 탄소농도 110
6. NAA를 이용한 금속불순물 농도 115
7. 결정 결함농도 117
8. Carrier life time 117
제4절. Recharge system 설계 120
제4장. 결론 122
제5장. 연구결과의 활용계획 및 파급효과 124
제1절. 기대효과 124
제2절. 활용방안 124
제3절. 기술개발의 경제성 124
1. 개발기술의 에너지자원 효과 124
2. 개발기술의 보급 환경(제도적, 경제적 여건 등) 124
3. 시장현황 125
4. 기술개발의 투자 경제성 125
5. 개발기술의 실용화(상용화) 전략 125
제6장. 참고문헌 126
다결정 실리콘 잉곳양산의 최적조건정립을 위한 공정모사(제목없음) 127
제1장 다결정 실리콘 잉곳양산의 최적조건정립을 위한 공정모사 127
제1절 기술 개요 127
제2절 일방향 응고법 129
제3절 수치해석 130
제4절 결과 및 고찰 133
결정 실리콘 잉곳 양산 기술개발(제목없음) 22
표 1. poly silicon 예측 생산량 24
표 2. 결정질 실리콘 잉곳의 여러 가지 방안의 특성 35
표 3. 편행 규소 잉곳 성장 기술의 비교표 36
표 4. 성장기술의 장단점 비교 40
표 5. chamber의 제작일정 및 Item 43
표 6. 실리콘 장입량에 따른 개별 공정 시간 및 총 공정시간 변화 47
표 7. 태양전지용 잉곳의 물성 분석 목표 및 결과 60
표 8. 산소 및 탄소농도 측정결과 61
표 9. 산소 및 탄소 농도 측정결과 62
표 10. Chemical impurities in solar grade silicon [5] 63
표 11. 1차년도 금속 불순물 농도 분석결과 63
표 12. 2차년도 불순물 농도 분석결과 63
표 1/Table 1. Experimental polycrystalline silicon solar cell parameters from literature data. 83
표 2. 고순도 Si₃N₄ powder의 물성 93
표 3. 실리콘 잉곳의 위치별 산소/탄소농도 114
표 4. Photowatt사에서 발표한 고효율 태양전지 제조를 위한 허용불순물 농도 및 off-grade 원료규소를 충진 하여 제조한 실리콘 잉곳 중의 불순물 농도 116
표 5/4. Crystalox Solar의 재 충진 실험 결과 121
Table 1. Material properties of constituents 130
그림 1. 태양전지 기판 사용량 23
그림 3. Heater및 도가니의 고정법으로 성장된 잉곳의 결정성장 형태 26
그림 4. 다결정 실리콘 잉곳 생산 공정별 cycle time 28
그림 5. Silso법에 의한 다결정 실리콘 잉곳 제조 28
그림 6. HEM법에 의한 다결정 실리콘 잉곳 제조 29
그림 7. Bridgman법에 의한 다결정 실리콘 잉곳 제조 30
그림 8. Pol yx법에 의한 다결정 실리콘 잉곳 제조 31
그림 9. VGF-system (Vertical Gradient Freeze)에 의한 다결정 실리콘 잉곳 제조 33
그림 10. EMC법에 의한 다결정 실리콘 잉곳 제조 34
그림 11. ADS 장치 37
그림 12. ADS 법을 이용한 태양전지용 다결정 잉곳 및 기판 제조공정도 37
그림 13. ADS법에 의해 얻어진 다결정 실리콘 잉곳 38
그림 14. 태양광 시스템 원가 비중 39
그림 15. 잉곳의 무게 변화 41
그림 16. 개발 장비(ADS)의 개략도 42
그림 17. 진공이 가해졌을 때의 chamber 변형 44
그림 18. 수압 및 진공이 가해졌을 때의 chamber 변형 44
그림 19. 열교환기의 진공 및 수압의 영향 45
그림 20. 잉곳 처리 장치 48
그림 21. 잉곳 분쇄 망치의 제작도 49
그림 22. 잉곳 세정 시스템 49
그림 23. 분배 계수... 50
그림 24. 잉곳 성장방향에 따른 비저항 및 고상분율 본포 52
그림 25. 잉곳의 저항분포 53
그림 26. 잉곳의 저항분포 53
그림 27. 잉곳 위치에 따른 불순물의 영향 및 lifetime 54
그림 28. crucible 열처리 로 55
그림 29. crucible의 열처리 cycle 56
그림 30. Coating 상태에 따른 crucible과 ingot의 이격 상태 57
그림 31. 240kg, 270kg 및 300kg 잉곳의 단면 59
그림 32. 300kg/batch 잉곳의 사진 59
그림 33. 2차년도 잉곳 물성분석용 샘플채취도 61
그림 34. grain size 측정법 65
그림 35. 6-1 샘플의 grain size 분포 65
그림 36. 6-3 샘플의 grain size 분포 66
그림 37. 잉곳의 lifetime 저하에 미치는 요인 67
그림 38. 잉곳의 lifetime 분포도 68
그림 39. 태양전지 수요현황 74
그림 1. 잉곳의 결정성장 방향 79
그림 2. 입자크기에 따른 태양전지 물성변화 81
그림 3. 입계 크기와 이론 및 실험적인 태양전지 효율과의 관계 82
그림 4. 잉곳 위치별 dislocation density 분포 84
그림 5/Fig. 5. Dependance of effective diffusion length(Leff.(이미지참조)) as a function of the product length of GB per unit area and dislocation density. 85
그림 6. B, Fe, Co 및 Cu의 잉곳 위치별 농도 86
그림 7. Zn, Cr, Ag 및 Au의 잉곳 위치별 농도 86
그림 8/Fig. 8. Relationship between degradation threshold concentration of impurity and segregation coefficient 87
그림 9/Fig. 9. Threshold impurity concentration in the p-type Si causing a degradation of solar cells. 87
그림 10. FTIR 분석에 의한 다결정 실리콘 잉곳의 위치별 산소 및 SiO₂precipitate 농도 변화 88
그림 11. SiO₂ precipitate 농도에 따른 carrier life time 변화 88
그림 12. Annealing 조건에 따른 산소농도변화 89
그림 13. 다결정 실리콘 잉곳 관련 국가별 특허현황 95
그림 14. 다결정 실리콘 잉곳 관련 특허내용 95
그림 15. ADS 장치 본체 98
그림 16. 도가니 보호층 열처리를 위한 furnace 99
그림 17. Si₃N₄ 코팅된 porous silica crucible 101
그림 18. 공정 시간 102
그림 19. 잉곳 및 도가니 102
그림 20. 제조된 25~35kg 실리콘 잉곳... 103
그림 21. 제조된 25~35kg 실리콘 잉곳의 결정구조... 104
그림 22. 실리콘 잉곳을 절단하여 만든 12.5x12.5cm² 및 15x15cm²블럭 105
그림 23. 실리콘 잉곳을 절단하여 만든 10x10cm² 및 12.5x12.5cm²기판 106
그림 24. 잉곳 위치에 따른 grain size 107
그림 25. 잉곳의 위치별 비저항값 108
그림 26. 각 기판의 위치별 비저항값 109
그림 27. 산소/탄소농도 측정을 위한 실리콘 기판의 위치별 FTIR spectra 111
그림 28. 탄소농도 측정을 위한 실리콘 기판의 위치별 FTIR spectra 112
그림 29. 산소농도 측정을 위한 실리콘 기판의 위치별 FTIR spectra 113
그림 30. 결정결함 117
그림 31. 상용화 다결정 실리콘 잉곳의 위치별 carrier life time 118
그림 32. Si₃N₄(S 사) 종류에 따른 다결정 실리콘 기판의 위치별 carrier life time(KRICT) 119
그림 33. Si₃N₄(U 사) 종류에 따른 다결정 실리콘 기판의 위치별 carrier life time(KRICT) 119
그림 34. Recharging system 121
Fig. 1. Shematic of the solidification process 129
Fig. 2. Grid system of the DS furnace 130
Fig. 3. Geometries if the flow paths 131
Fig. 4. Global temperature distribution in the furnace 133
Fig. 5. The local temperature profiles on the silicon ingot surface with Type 1 134
Fig. 6. The local temperature profiles on the silicon ingot surface with Type 2 134
Fig. 7. Transient temperature variation versus two different vertical positions of the Si ingot 134
Fig. 8. Transient temperature difference between the ingot top and bottom surface 135
Fig. 9/10. Simulated temperature distribution on the contact surface of the coolant path 136
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