전하밀도파 이론으로 결정질 태양전지의 입사각에 따른 단락전류밀도 변화 연구

서일원,구제환,윤명수,조태훈,이원영,조광섭,권기청,Seo, Il Won,Koo, Je Huan,Yun, Myoung Soo,Jo, Tae Hoon,Lee, Won Young,Cho, Guang Sup,Kwon, Gi Chung 한국진공학회 2013 Applied Science and Convergence Technology Vol.22 No.4

광 입사각에 따른 태양전지의 양자효율을 전류의 출력으로 변환시켜 측정하였다. 기존의 태양전지의 원리는 태양전지가 태양광을 받았을 때 전자와 전공으로 분리되어 전류가 흐르게 된다는 것이었다. 그렇지만 저자들 중에 일부가 얼마 전에 태양전지원리를 새롭게 주장한 바 있다. 그 이론은 전하밀도파(charge density wave)들이 고정(pinning) 되었을 때, 이 고정 전위벽(pinning potential barrier)을 태양 광에 의해 넘을 수 있어서 전자 덩어리에 의한 전류 즉 단락전류($I_{SC}$)가 가능하다는 것이었다. 본 실험에서는 태양광의 입사각에 따른 태양전지의 단락전류밀도 ($J_{SC}$)를 측정하여 비교해본 결과 측정값들과 전하밀도파 이론과 매우 일치함을 보인다. We measure solar currents transformed from quantum efficiency as a function of incident angles of solar lights. According to conventional models for solar cells, solar currents can be induced when electrons are separated into electrons and holes in the presence of incident solar lights. On the contrary, solar currents can be possible at the time when pinned charge density waves go beyond the pinning potential barrier under the influence of incident solar beams suggested by some authors. In this experiment, measured solar currents and our theory are in good correspondence to confirm the angle dependence of solar lights.

LCD 백라이트용 형광램프의 흑화 현상

황하청,정종문,김정현,김동준,봉재환,정재윤,구제환,조광섭,Hwang, Ha-Chung,Jeong, Jong-Mun,Kim, Jung-Hyun,Kim, Dong-Jun,Bong, Jae-Hwan,Chung, Jae-Yoon,Koo, Je-Huan,Cho, Guang-Sup 한국진공학회 2008 Applied Science and Convergence Technology Vol.17 No.6

나트륨(Na) 함유량이 다른 세 종류의 유리관인 Borosilicate($Na_2O$ 4%), Soda-Lime($Na_2O$ 14%), 그리고 Aluminosilicate($Na_2O$ 0.06%) 유리관의 방전 실험을 통하여 유리관 내벽의 흑화를 관측하였다. 수은 혼합기체(Ne+Ar+Hg)의 방전에서 나트륨 함유량이 많은 유리관일수록 흑화가 심하게 나타난다. 무수은 가스(Ne+Ar)의 방전에서는 흑화가 나타나지 않는다. 나트륨 함유량이 많은 수은 방전 램프에서 봉입 기체의 압력이 작을수록 흑화의 정도가 커진다. 흑화 방지재를 도포한 유리관은 흑화가 미약하게 나타난다. 이 실험을 통하여 흑화는 유리재의 나트륨 성분과 수은 이온의 결합에 의한 아말감($NaHg_2$)이 유리관 내벽에 형성된 것으로 분석된다. The different degrees of blackening were observed at the inner surface of borosilicate, soda-lime, and aluminosilicate glass tubes having different sodium (Na) contents. The sodium contents ($Na_2O$) within the borosilicate, soda-lime, and aluminosilicate glass tubes were found to be 4%, 14%, and 0.06%, respectively. The degree of blackening was shown to increase as the sodium content within the glass of the fluorescent lamp containing Ne+Ar+Hg gas mixture. Higher degree of blackening was observed from the inner surface of the glass tube coated with $Y_2O_3$. The blackening was found to be originated from the amalgam of $NaHg_2$ generated by the chemical reaction between the mercury ions within the discharge gas and sodium within the glass tube during operation.

LCD-백라이트용 형광램프의 수은량

봉재환,김윤중,황하청,김동준,정종문,김정현,구제환,조광섭,Bong, Jae-Hwan,Kim, Yun-Jung,Hwang, Ha-Chung,Jin, Dong-Jun,Jeong, Jong-Mun,Kim, Jung-Hyun,Koo, Je-Huan,Cho, Guang-Sup 한국진공학회 2008 Applied Science and Convergence Technology Vol.17 No.6

Ne+Ar의 혼합 기체와 수은이 주입된 세관 형광램프에서 플라즈마의 형성에 필요한 기체 수은의 량을 계산하였다. 전자($kT_e{\sim}1\;eV$)와 중성 원자(Ne, Ar, Hg)들과의 충돌에 의한 각 원자들의 이온화를 계산하여, 양광주 플라즈마의 밀도($n_o{\sim}10^{17}m^{-3}$)를 생성하는 조건으로부터 기체 수은 원자의 밀도 $3.43{\times}10^{22}m^{-3}$을 얻었다. $32{\sim}42$ 인치 LCD-TV용 액정표시장치에 사용되는 직경이 4 mm인 형광램프의 혼합 기체 Ne(95%)+Ar(5%) 50 Torr에 대하여, 글로우 방전에 필요한 기체 수은의 량은 $0.02{\sim}0.08\;mg$으로 계산되었다. The amount of vapor mercury for the generation of glow discharge plasma has been calculated in a fine tube fluorescent lamp having a mixed gas of Ne+Ar including a mercury. When the ionization of atom is considered by the collision between neutral atoms (Ne, Ar, Hg) and electrons of energy $kT_e{\sim}1\;eV$, the density of vapor mercury atom has been obtained as $n(Hg){\sim}3.43{\times}10^{22}m^{-3}$ for the plasma density $n_o{\sim}10^{17}m^{-3}$. In the fluorescent lamps of out diameter 4 mm used for $32{\sim}42$-inch LCD-TVs having a mixture gas of Ne(95%)+Ar(5%) with the pressure of 50 Torr, the quantity of vapor mercury for the glow discharge has been caculated as 0.02{\sim}0.08\;mg$.

냉음극 형광램프의 표준화 계측을 위한 실험과 분석

김동준,정종문,정희석,김진선,이민규,김정현,구제환,권기청,강준길,최은하,조광섭,Jin, Dong-Jun,Jeong, Jong-Mun,Jeong, Hee-Suk,Kim, Jin-Shon,Lee, Min-Kyu,Kim, Jung-Hyun,Koo, Je-Huan,Gwon, Gi-Cheong,Kang, June-Gill,Choi, Eun-Ha,Cho, Guang- 한국진공학회 2008 Applied Science and Convergence Technology Vol.17 No.4

교류 $50{\sim}100\;kHz$의 고주파와 수 kV의 고전압으로 구동되는 냉음극 형광램프의 전류 및 전압을 계측하는 방법을 조사하였다. 고 전압 측에 설치되는 프로브 자체의 임피던스 영향으로 램프의 휘도가 변화하고 누설 전류가 발생하여 정확한 전류 및 전압의 계측이 어렵다. 따라서 프로브의 임피던스와 누설 전류를 고려한 회로 분석을 통하여 올바른 계측 방법을 제시하였다. 프로브 설치로 휘도 변화 시, 인버터에 입력되는 DC 전압을 조정하여 램프의 특정 휘도를 유지하여 계측한다. 램프 전류($I_G$)는 접지 측에서 전류 프로브나 고주파 전류계로 계측하며, 전압은 고 전압 측에 설치한 전압 프로브로 계측한다. 램프 전압($V_C$)은 고전압이 인가되는 냉음극과 안전 캐패시터 사이에서 계측하며, 인버터의 출력 전압(VI)은 안전 캐패시터와 인버터 출력단 사이에서 계측한다. 램프 전압($V_C$)과 램프 전류($I_G$)의 위상차가 없기 때문에, 램프 자체의 순수 소모 전력은 램프 전압($V_C$)와 램프 전류($I_G$)의 곱이다. 인버터의 출력 전압($V_I$)과 램프 전류($I_G$)의 위상차($\theta$)는 전압 프로브의 용량성 임피던스로 인하여 계측값이 부정확하며, 회로의 분석에서 얻어진 $cos{\theta}=V_C/V_I$로부터 위상차를 얻을 수 있다. A method of measuring the current and voltage is suggested in the circuit of cold cathode fluorescent lamps (CCFLs) which are driven at a high frequency of $50{\sim}100\;kHz$ and a high voltage of several kV. It is difficult to measure the current and voltage in the lamp circuit, because the impedance of the probe at high voltage side causes the leakage current and the variation of luminance. According to the analysis of equivalence circuit with the probe impedance and leakage current, the proper measuring method is to adjust the input DC voltage and to keep the specific luminance when the probe is installed at a high voltage circuit. The lamp current is detected with a current probe or a high frequency current meter at the ground side and the voltage is measured with a high voltage probe at the high voltage side of lamp. The lamp voltage($V_C$) is measured between the ballast capacitor and the lamp electrode, and the output voltage($V_I$) of inverter is measured between inverter output and ballast capacitor. As the phases of lamp voltage($V_C$) and current ($I_G$) are nearly the same values, the real power of lamp is the product of the lamp voltage($V_C$) by the lamp current($I_G$). The measured value of the phase difference between inverter output voltage($V_I$) and lamp current($I_G$) is appreciably deviated from the calculated value at $cos{\theta}=V_C/V_I$.

유리관의 유전 특성이 외부전극 형광램프에 미치는 영향

신명주,정종문,김정현,김가을,이미란,유동근,구제환,홍병희,최은하,조광섭,Shin, Myeong-Ju,Jeong, Jong-Mun,Kim, Jung-Hyun,Kim, Ga-Eul,Lee, Mi-Ran,Yoo, Dong-Gun,Koo, Je-Huan,Hong, Byoung-Hee,Choi, Eun-Ha,Cho, Guang-Sup 한국진공학회 2007 Applied Science and Convergence Technology Vol.16 No.5

유전 장벽 방전이 특징인 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp, EEFL)에서 유리재의 유전 특성인 유전상수 K와 유전손실 tan ${\delta}$가 램프에 미치는 영향을 조사하기 위하여 4 종류의 유리관을 사용하였다. 종래 일반적으로 사용되는 Borosilicate 유리재는 유전상수 $K=5.6{\sim}5.9$이고 유전 손실 tan ${\delta}=5.0{\times}10^{-3}{\sim}6.0{\times}10^{-3}$이다. Aluminosilicatae는 K=6.6이고 유전손실이 작은 tan ${\delta}=1{\times}10^{-4}$이다. Soda-lime 유리관은 유전상수가 큰 K=7.7이고, 유전 손실이 매우 큰 tan ${\delta}=1.37{\times}10^{-2}$이다. 유전 상수 K가 크면 외부전극 자체의 캐패시터를 크게 하여 방전 효율이 증가한다. 그러나 유전 손실이 크면 외부전극 자체의 전력 소모로 인하여 효율 저하와 핀홀 발생의 원인이 된다. 높은 유전상수 및 낮은 유전손실의 Aluminosilicate 외부전극 형광램프는 종래의 Borosilicate 외부전극 형광램프에 비하여 휘도와 효율이 $12{\sim}20%$ 증가하고, 핀홀에 매우 강하다. 유전상수와 유전손실이 큰 Soda-lime 외부전극 형광램프는 효율이 다소 낮고, 핀홀에도 매우 취약하다. 따라서 외부전극 형광램프는 유전상수 K가 크고 유전손실 tan ${\delta}$가 작은 유리관이 최적이다. Influence of glass dielectric property (dielectric constant K, dielectric loss) on the external electrode fluorescent lamps of the dielectric barrier discharge has been investigated with 4-different glasses. Conventional borosilicate glass tubes with $K=5.6{\sim}5.9$ and tan ${\delta}=5.0{\times}10^{-3}{\sim}6.0{\times}10^{-3}$ and aluminosilicate glass tubes with high K=6.6 and low tan ${\delta}=1{\times}10^{-4}$ and soda-lime glass tribes with K=7.7 and tan ${\delta}=1.37{\times}10^{-2}$ have been compared. The high value of dielectric constant K makes the capacitance of external electrode fluorescent lamps intensity and enhances the discharge efficiency. The dielectric loss of tan ${\delta}$ shows the factor of power consumption in the external electrode to induce heats and to be weak in pinhole stability. The aluminosilicate glass tubes of high K and low tan ${\delta}$ have been enhanced by $14{\sim}18%$ in luminance and efficiency in comparison with the conventional borosilicate glass tubes and the aluminosilicate external electrode fluorescent lamps are strong against the pinhole formation. Soda-lime glass tubes with high K and high tan ${\delta}$ are a little favorable in luminance and efficiency and they are very weak in pinhole occurrence.

대기압 플라즈마 제트의 기체 유량에 대한 방전 특성

이원영,김동준,김윤중,한국희,유홍근,김현철,진세환,구제환,김도영,조광섭,Lee, Won Young,Jin, Dong Jun,Kim, Yun Jung,Han, Gook Hee,Yu, Hong Keun,Kim, Hyun Chul,Jin, Se Whan,Koo, Je Huan,Kim, Do Young,Cho, Guangsup 한국진공학회 2013 Applied Science and Convergence Technology Vol.22 No.3

The influence of gas flow on the plasma generation in the atmospheric plasma jet is described with the theory of hydrodynamics. The plasma discharge is affected by the gas-flow streams with Reynolds number (Re) as well as the gas pressure with Bernoulli's theorem according to the gas flow rate inserted into the glass tube. The length of plasma column is varied with the flow types such as the laminar flow of Re<2,000 and the turbulent flow of Re>4,000 as it has been known in a general fluid experiments. In the laminar flow, the plasma column length is increased as the increase of flow rate. Since the pressure in the glass tube becomes low as the increase of flow velocity by the Bernoulli's theorem, the breakdown voltage of plasma discharge is reduced by the Paschen's law. Therefore, the plasma length is increased as the increasing flow rate with the fixed operation voltage. In the transition of laminar and turbulent flows, the plasma length is decreased. When the flow becomes turbulent as the flow rate is increasing, the plasma length becomes short and the discharge is shut down ultimately. In the discharge of laminar flow, the diameter of plasma beam exposed on the substrate surface is kept less than the glass diameter, since the gas flow is kept to the distinct distance from the nozzle of glass tube. 대기압 플라즈마 제트 장치의 유량 변화에 대한 플라즈마 방전 특성을 실험적으로 조사하고 이를 유체역학적으로 해석하였다. 유리관에 주입되는 아르곤 기체의 유량 변화에 대한 레이놀즈 수(Re)로 결정되는 기체 흐름의 형태 변화와 베르누이 정리에 의한 압력 변화가 플라즈마 발생에 영향을 준다. 유리관 내부에 발생하는 플라즈마의 길이 변화의 실험을 통하여, 아르곤 기체에 대한 레이놀즈 수가 Re<2,000이면 층류이고, Re>4,000이면 난류가 형성된다. 이는 일반 유체에서 알려진 결과와 일치한다. 층류에서 유량의 증가로 플라즈마의 길이가 증가한다. 층류와 난류의 전환 영역에서 플라즈마의 길이는 줄어든다. 난류 영역에서는 방전 기체의 흐름이 불규칙함으로서 방전 경로가 흐트러져 플라즈마 칼럼의 길이가 매우 짧아지고 급기야 플라즈마가 소멸된다. 층류에서 주입 유량의 증가로 유리관 내의 유속이 증가하면, 베르누이 정리에 의하여 유리관 내부의 압력이 낮아진다. 관내의 압력이 낮아지면, 파센 법칙에 의하여 관내의 전기장의 세기가 증가하여 방전 전압이 낮아진다. 따라서 주입 유량이 증가하면, 동일한 구동 전압에서 유리관에 발생하는 플라즈마의 길이는 길어진다. 층류의 방전은 유리관 밖에서도 층류의 흐름이 일정 길이로 유지되므로 시료 표면에 조사되는 플라즈마 빔의 직경은 유리관의 직경 이하로 유지된다.

대기압 플라즈마의 선택적 도핑 공정에서 온도에 의한 인(Phosphorus)의 확산연구

김상훈(Sang Hun KIM),윤명수(Myoung Soo Yun),박종인(Jong In Park),구제환(Je Huan Koo),김인태(In Tae Kim),최은하(Eun Ha Choi),조광섭(Guangsup Cho),권기청(Gi-Chung Kwon) 한국표면공학회 2014 한국표면공학회지 Vol.47 No.5

In this study, we propose the application of doping process technology for atmospheric pressure plasma. The plasma treatment means the wafer is warmed via resistance heating from current paths. These paths are induced by the surface charge density in the presence of illuminating Argon atmospheric plasmas. Furthermore, it is investigated on the high-concentration doping to a selective partial region in P type solar cell wafer. It is identified that diffusion of impurities is related to the wafer temperature. For the fixed plasma treatment time, plasma currents were set with 40, 70, 120 mA. For the processing time, IR(Infra-Red) images are analyzed via a camera dependent on the temperature of the P type wafer. Phosphorus concentrations are also analyzed through SIMS profiles from doped wafer. According to the analysis for doping process, as applied plasma currents increase, so the doping depth becomes deeper. As the junction depth is deeper, so the surface resistance is to be lowered. In addition, the surface charge density has a tendency inversely proportional to the initial phosphorus concentration. Overall, when the plasma current increases, then it becomes higher temperatures in wafer. It is shown that the diffusion of the impurity is critically dependent on the temperature of wafers.