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N-type 결정질 실리콘 태양전지 응용을 위한 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 박막의 패시베이션 특성 연구
정명일,최철종,Jeong, Myung-Il,Choi, Chel-Jong 한국결정성장학회 2014 한국결정성장학회지 Vol.24 No.3
Atomic layer deposition(ALD)을 이용하여 $Al_2O_3$ 박막을 형성하고 이에 대한 패시베이션 특성에 대한 연구를 수행하였다. ALD로 증착된 $Al_2O_3$ 박막은 $400^{\circ}C$ 5분간 후속 열처리 공정 후에도 $Al_2O_3$ - 실리콘 계면 반응 없이 비정질 상태를 유지할 만큼 구조적으로 안정한 특성을 나타내었다. 후속 열처리 후 $Al_2O_3$ 박막의 패시베이션 특성이 향상되었으며, 이는 field effective 패시베이션과 화학적 패시베이션 효과가 동시에 상승에 기인하는 것으로 판단된다. $Al_2O_3$ 박막의 음고정 전하를 정량적으로 평가하기 위해서 후속 열처리 공정을 거친 $Al_2O_3$ 박막을 이용하여 metal-oxide-semiconductor(MOS) 소자를 제작하고 capacitance-voltage(C-V) 분석을 수행하였다. C-V 결과로부터 추출된 flatband voltage($V_{FB}$)와 equivalent oxide thickness(EOT)의 관계식을 통하여 $Al_2O_3$ 박막의 고정음전하는 $2.5{\times}10^{12}cm^{-2}$로 계산되었으며, 이는 본 연구에서 제시된 $Al_2O_3$ 박막 공정이 N-type 실리콘 태양전지의 패시베이션 공정에 응용 가능하다는 것을 의미한다. The passivation property of $Al_2O_3$ thin film formed using atomic layer deposition (ALD) for the application of crystalline Si solar cells was investigated using microwave photoconductance decay (${\mu}$-PCD). After post-annealing at $400^{\circ}C$ for 5 min, $Al_2O_3$ thin film exhibited the structural stability having amorphous nature without the interfacial reaction between $Al_2O_3$ and Si. The post-annealing at $400^{\circ}C$ for 5 min led to an increase in the relative effective lifetime of $Al_2O_3$ thin film. This could be associated with the field effective passivation combined with surface passivation of textured Si. The capacitance-voltage (C-V) characteristics of the metal-oxide-semiconductor (MOS) with $Al_2O_3$ thin film post-annealed at $400^{\circ}C$ for 5 min was carried out to evaluate the negative fixed charge of $Al_2O_3$ thin film. From the relationship between flatband voltage ($V_{FB}$) and equivalent oxide thickness (EOT), which were extracted from C-V characteristics, the negative fixed charge of $Al_2O_3$ thin film was calculated to be $2.5{\times}10^{12}cm^{-2}$, of which value was applicable to the passivation layer of n-type crystalline Si solar cells.
결정질 실리콘 태양전지 응용을 위한 SiN<sub>x</sub> 및 SiO<sub>2</sub> 박막의 패시베이션 특성 연구
정명일,최철종,Jeong, Myung-Il,Choi, Chel-Jong 한국결정성장학회 2014 한국결정성장학회지 Vol.24 No.1
다양한 공정 조건으로 $SiN_x$와 $SiO_2$ 박막을 형성하고 이에 대한 패시베이션 특성에 대한 연구를 수행하였다. Plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD)을 이용하여 증착된 $SiN_x$ 박막의 경우, 증착 두께가 증가함에 따라 페시베이션 특성이 향상되는 것을 관찰하였다. 이는 PECVD 증착 공정 중 유입되는 수소 원자들이 실리콘 표면에 존재하는 Dangling bond와 결합하여 소수 캐리어의 재결합 현상을 효과적으로 감소시켰기 때문이다. 건식 산화법으로 형성된 $SiO_2$ 박막은 습식 산화법으로 형성된 것 보다 치밀한 계면 구조를 가짐으로 인하여 약 20배 이상 우수한 패시베이션 특성을 나타내었다. 건식 산화 공정 온도가 증가함에 따라 패시베이션 특성이 열화되는 현상이 발생하였고, Capacitance-voltage(C-V) 및 Conductance-voltage(G-V) 분석을 통하여 $SiO_2$/실리콘 계면에 존재하는 계면 결함 밀도 증가에 의해 나타나는 현상임을 알 수 있었다. We have investigated the passivation property of $SiN_x$ and $SiO_2$ thin films formed using various process conditions for the application of crystalline Si solar cells. An increase in the thickness of $SiN_x$ deposited using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) led to the improvement of passivation quality. This could be associated with the passivation of Si dangling bonds by hydrogen atoms which were supplied during PECVD deposition. The $SiO_2$ thin films grown using dry oxidation process exhibited better passivation behavior than those using wet oxidation process, implying the dry oxidation process was more effective in the formation of high quality $SiO_2$ thin films. The relative effective life time gradually decreased with increasing dry oxidation temperature. Such a degradation of passivation behavior could be attributed to the increase in interface trap density caused by thermal damages.
ICP 표면 처리된 Si 기판 위에 성장된 Ge 층의 초기 성장 상태 연구
양현덕,길연호,심규환,최철종,Yang, Hyun-Duk,Kil, Yeon-Ho,Shim, Kyu-Hwan,Choi, Chel-Jong 한국결정성장학회 2011 韓國結晶成長學會誌 Vol.21 No.4
We have investigated the effect of inductively coupled plasma (ICP) treatment on the early growth stage of heteroepitaxial Ge layers grown on Si(100) substrates using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), The Si(100) substrates were treated by ICP process with various source and bias powers, followed by the Ge deposition, The ICP treatment led to the enhancement in the coalescence of Ge islands, The growth rate of Ge on Si(100) with ICP surface treatment is about 5 times higher than that without ICP surface treatment. A missing dimer caused by the ICP surface treatment can act as a nucleation site for Ge adatoms, which could be responsible for the improvement in growth behavior of Ge on Si(100) substrates. Inductively Coupled Plasma(ICP)를 이용하여 다양한 조건으로 표면 처리한 Si(100) 기관 위에 Low Pressure Chemical Vapor Deposition(LPCVD)를 이용하여 Ge 층을 이종접합 성장하고, Ge 층 성장 초기의 표면 상태를 Scanning Electron Microscopy(SEM)을 통해 분석하였다. ICP를 이용하여 표면 처리된 Si(100) 기판 위에 성장된 Ge 층의 경우 ICP 처리하지 않은 시편보다 Ge 성장율이 약 5배 이상 증가되었다. ICP 처리된 시편의 Ge 성장률 증가는 ICP 표면 처리 공정으로 Si 기관 표면에서 떨어져 나간 missing dimer가 Ge adatom들에 핵을 형성할 자리를 제공하여 Ge island의 형성과 융합을 촉진시키는 것으로 사료된다.
Investigation of Al Back Contact and BSF Formation by In-situ TEM for Silicon Solar Cells
박성은(Park, Sungeun),송주용(Song, Jooyoung),탁성주(Tark, Sung Ju),김영도(Kim, Young Do),최철종(Choi, Chel-Jong),권순우(Kwon, Soonwoo),윤세왕(Yoon, Sewang),김동환(Kim, Donghwan) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11
The trend to thinner crystalline silicon solar wafers in production of solar cells investigates re-evolution of back surface field (BSF) formation. We have studied mechanisms of back contact formation in Al evaporation and screen printed Al paste for Si solar cells by TEM analysis. We observed that Si diffuse into Al during heat up. The Si diffusion process made vacancies in Si wafer. The Al began to seep into the Si wafer (Al spike). During heat down, the Al spike were shrink which causes the doped region (BSF).