Preparation of born-doped a-SiC:H thin films by ICP-CVD method and to the application of large-area heterojunction solar cells.

Jeong, Chaehwan,Kim, Young-Back,Lee, Suk-Ho,Kim, Jin Hyeok American Scientific Publishers 2010 Journal of nanoscience and nanotechnology Vol.10 No.5

<P>Hydrogenated amorphous silicon carbide (a-SiC:H) film has been widely used as an emitter p layer in solar cells. For the better p layer, wide optical bandgap, and high electrical conductivity should be obtained from the effective method. We prepared the boron-doped a-SiC:H thin films using inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) method and characteristics on the small-area (2 cm x 2 cm) as well as the large-area films (diameter of 100 mm) were shown on it. As a substrate, the n-type (100) oriented CZ c-Si (5.5 approximately 6.5 omega x cm, 650 microm) wafers were used and cleaned by using the reduced RCA method. A silane (SiH4) of 99.999% purity, H2 and 60% hydrogen diluted ethylene (C2H4) was used as source gas for the deposition of intrinsic a-SiC:H films, and then diborane (B2H6), as the doping gas, is added to C2H4 and SiH4/H2 during the deposition of films. The uniformity of thickness and optical bandgap from large-area as-dep. films was at 1.8% and 0.3%, respectively. Heterojunction solar cell with 2 wt%-AZO/p-a-SiC:H/i-a-Si:H/c-Si/Ag structure was fabricated and characterized with diameter of 152.3 mm in this large-area ICP-CVD system. Conversion efficiency of 9.123% was achieved with a practical area of 100 mm x 100 mm, which can show the potentials to the fabrication of the large-area solar cell using ICP-CVD method.</P>

Electrical Properties of Boron and Phosphorus Doped μc-Si:H Films using Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition Method for Solar Cell Applications

Chaehwan Jeong,Minsung Jeon,Kamisako Koichi 한국전기전자재료학회 2008 Transactions on Electrical and Electronic Material Vol.9 No.1

Hydrogenated microcrystalline silicon(μc-Si:H) films were prepared using inductively coupled plasma chemical vapor deposition(ICP-CVD) method, electrical and optical properties of these films were studied as a function of silane concentration. And then, effect of PH₃ and B₂H6 addition on their electrical properties was also investigated for solar cell application. Characterization of these films from X-ray diffraction revealed that the conductive film exists in microcrystalline phase embedded in an amorphous network. At PH₃/SiH₄ gas ratio of 0.9´10-³, dark conductivity has a maximum value of ~18.5 S/cm and optical bandgap also a maximum value of ~2.39 eV. Boron-doped μc-Si:H films, satisfied with p-layer of solar cell, could be obtained at ~10-² of B₂H6/SiH₄.

Characterization of Combined Micro- and Nano-structure Silicon Solar Cells using a POCl₃ Doping Process

Jeong, Chaehwan,Kim, Changheon,Lee, Jonghwan,Yi, Junsin,Lim, Sangwoo,Lee, Suk-Ho Korea Photovoltaic Society 2013 Current Photovoltaic Research Vol.1 No.1

Combined nano- and micro-wires (CNMWs) Si arrays were prepared using PR patterning and silver-assisted electroless etching. A $POCl_3$ doping process was applied to the fabrication of CNMWs solar cells. KOH solution was used to remove bundles in CNMWs and the etching time was varied from 30 to 240 s. The lowest reflectance of 3.83% was obtained at KOH etching time of 30 s, but the highest carrier lifetime of $354{\mu}s$ was observed after the doping process at 60 s. At the same etching time, a $V_{oc}$ of 574 mV, $J_{sc}$ of $28.41mA/cm^2$, FF of 74.4%, and Eff. of 12.2% were achieved in the CNMWs solar cell. CNMWs solar cells have potential for higher efficiency by improving the post-process and surface-rear side structure.

Characterizations of i-a-Si:H and p-a-SiC:H Film using ICP-CVD Method to the Fabrication of Large-area Heterojunction Silicon Solar Cells

Chaehwan Jeong,Minsung Jeon,Koichi Kamisako 한국전기전자재료학회 2008 Transactions on Electrical and Electronic Material Vol.9 No.2

We investigated for comparison of large-area i-a-Si:H and p-a-SiC:H film quality like thickness uniformity, optical bandgap and surface roughness using both ICP-CVD and PECVD on the large-area substrate(diameter of 100 mm). As a whole, films using ICP-CVD could be achieved much uniform thickness and bandgap of that using PECVD. For i-a-Si:H films, its uniformity of thickness and optical bandgap were 2.8 % and 0.38 %, respectively. Also, thickness and optical bandgap of p-a-SiC:H films using ICP-CVD could be obtained at 1.8 % and 0.3 %, respectively. In case of surface roughness, average surface roughness (below 5 nm) of ICP-CVD film could be much better than that (below 30 nm) of PECVD film. HIT solar cell with 2 wt%-AZO/p-a-SiC:H/i-a-Si:H/c-Si/Ag structure was fabricated and characterized with diameter of 152.3 mm in this large-area ICP-CVD system. Conversion efficiency of 9.123 % was achieved with a practical area of 100 mm ´ 100 mm, which can show the potential to fabrication of the large-area solar cell using ICP- CVD method.

Investigation on the Texture Effect of RF Magnetron-Sputtered ZnO:Al Thin Films Etched by Using an ICP Etching Method for Heterojunction Si Solar Cell Applications

Chaehwan Jeong,Seongjae Boo,Ho-Sung Kim,Duck-Rye Chang,Minsung Jeon,Koichi Kamisako 한국물리학회 2008 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.53 No.1

The effect of the etching gas ratio (Cl2/Ar) and the RF chuck power for dry etching of deposited aluminum-doped zinc oxide (AZO) films was investigated. The initially smooth films showed optical transparencies (T ≥ 80 %) and electrical properties (ρ = 1.14 × 10-3 Ωcm). The etch rate increased gradually with higher RF chuck power and Cl2 gas ratio, reaching a value of ~1450 Å/min. The surface morphology, electrical properties and diffuse reflectance were examined in the etched samples. Heterojunction solar cells with a AZO/p-a-SiC:H/c-Si/Al structure simulated on a textured AZO film show the higher short-circuit current (15.8 mA/㎠) and a higher quantum efficiency (75 %) in the wavelength range of 400 ~ 1100 nm, demonstrating effective light trapping. These results show the potential of a textured layer etched by using ICP etching for solar cell applications. The effect of the etching gas ratio (Cl2/Ar) and the RF chuck power for dry etching of deposited aluminum-doped zinc oxide (AZO) films was investigated. The initially smooth films showed optical transparencies (T ≥ 80 %) and electrical properties (ρ = 1.14 × 10-3 Ωcm). The etch rate increased gradually with higher RF chuck power and Cl2 gas ratio, reaching a value of ~1450 Å/min. The surface morphology, electrical properties and diffuse reflectance were examined in the etched samples. Heterojunction solar cells with a AZO/p-a-SiC:H/c-Si/Al structure simulated on a textured AZO film show the higher short-circuit current (15.8 mA/㎠) and a higher quantum efficiency (75 %) in the wavelength range of 400 ~ 1100 nm, demonstrating effective light trapping. These results show the potential of a textured layer etched by using ICP etching for solar cell applications.

Characterization of Combined Micro- and Nano-structure Silicon Solar Cells using a POCl<SUB>3</SUB> Doping Process

Chaehwan Jeong,Changheon Kim,Jonghwan Lee,Junsin Yi,Sangwoo Lim,Suk-Ho Lee 한국태양광발전학회 2013 Current Photovoltaic Research Vol.1 No.1

Combined nano- and micro-wires (CNMWs) Si arrays were prepared using PR patterning and silver-assisted electroless etching. A POCl3 doping process was applied to the fabrication of CNMWs solar cells. KOH solution was used to remove bundles in CNMWs and the etching time was varied from 30 to 240 s. The lowest reflectance of 3.83% was obtained at KOH etching time of 30 s, but the highest carrier lifetime of 354 μs was observed after the doping process at 60 s. At the same etching time, a Voc of 574 mV, Jsc of 28.41 mA/cm<SUP>2</SUP>, FF of 74.4%, and Eff. of 12.2% were achieved in the CNMWs solar cell. CNMWs solar cells have potential for higher efficiency by improving the postprocess and surface-rear side structure.

스퍼터링된 비정질 실리콘의 전자빔 조사를 통한 태양전지용 흡수층 제조공정 연구

정채환(Jeong, Chaehwan),나현식(Na, Hyeonsik),남대천(Nam, Daecheon),최연조(Choi, Yeonjo) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

유리기판위에 큰 결정입자를 갖는 실리콘 (폴리 실리콘) 박막을 제조하는 것은 가격저가화 및 대면적화 측면 같은 산업화의 높은 잠재성을 가지고 있기 때문에 그동안 많은 관심을 가지고 연구되어 오고 있다. 다양한 방법을 이용하여 다결정 실리콘 박막을 만들기 위해 노력해 오고 있으며, 태양전지에 응용하기 위하여 연속적이면서 10um이상의 큰 입자를 갖는 다결정 실리콘 씨앗층이 필요하며, 고속증착을 위해서는 (100)의 결정성장방향 등 다양한 조건이 제시될 수 있다. 다결정 실리콘 흡수층의 품질은 고품질의 다결정 실리콘 씨앗층에서 얻어질 수 있다. 이러한 다결정 실리콘의 에피막 성장을 위해서는 유리기판의 연화점이 저압 화학기상증착법 및 아크 플라즈마 등과 같은 고온기반의 공정 적용의 어려움이 있기 때문에 제약 사항으로 항상 문제가 제기되고 있다. 이러한 관점에서 볼때 유리기판위에 에피막을 성장시키는 방법으로 많지 않은 방법들이 사용될 수 있는데 전자 공명 화학기상증착법(ECR-CVD), 이온빔 증착법(IBAD), 레이저 결정화법(LC) 및 펄스 자석 스퍼터링법 등이 에피 실리콘 성장을 위해 제안되는 대표적인 방법으로 볼 수 있다. 이중에서 효율적인 관점에서 볼때 IBAD는 산업화측면에서 좀더 많은 이점을 가지고 있으나, 박막을 형성하는 과정에서 큰 에너지 및 이온크기의 빔 사이즈 등으로 인한 표면으로의 damages가 일어날 수 있어 쉽지 않는 방법이 될 수 있다. 여기에서는 이러한 damage를 획기적으로 줄이면서 저온에서 결정화 시킬 수 있는 cold annealing법을 소개하고자 한다. 이온빔에 비해서 전자빔의 에너지와 크기는 그리드 형태의 렌즈를 통해 전체면적에 조사하는 것을 쉽게 제어할 수 있으며 이러한 전자빔의 생성은 금속 필라멘트의 열전자가 아닌 Ar플라즈마에서 전자의 분리를 통해 발생된다. 유리기판위에 흡수층 제조연구를 위해 DC 및 RF 스퍼터링법을 이용한 비정질실리콘의 박막에 대하여 두께별에 따른 밴드갭, 캐리어농도 등의 변화에 대하여 조사한다. 최적의 조건에서 비정질 실리콘을 2um이하로 증착을 한 후, 전자빔 조사를 위해 1.4~3.2keV의 다양한 에너지세기 및 조사시간을 변수로 하여 실험진행을 한 후 단면의 이미지 및 결정화 정도에 대한 관찰을 위해 SEM과 TEM을 이용하고, 라만, XRD를 이용하여 결정화 정도를 조사한다. 또한 Hall효과 측정시스템을 이용하여 캐리어농도, 이동도 등을 각 변수별로 전기적 특성변화에 대하여 분석한다. 또한, 태양전지용 흡수층으로 응용을 위하여 dark전도도 및 photo전도도를 측정하여 광감도에 대한 결과가 포함된다.

자동차 시트용 Poly(trimethylene terephthalate) 스웨이드 개발

홍채환(Chaehwan Hong),정기연(Kiyeon Jeong),이성훈(Sunghoon Lee),정종호(Jongho Jeong),김진홍(Jinhong Kim),정의성(Euisung Jeong) 한국자동차공학회 2008 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

New PTT(trimethylene terephthalate) non-wovwn suede is manufactured via the combination of an advanced spinning process (producing very low denier bi-component "islands in the sea" fibre) and chemical and textile production processes (needle punching, buffing, impregnation, extraction, finishing, dyeing, etc.) which interact with each other. The appearance and tactile feel of the material is similar to that of suede. It is expected that this material's application would be widened in seating as well as dash trimming due to its hard-wearing yet and luxurious-looking properties.

CuInSe2 단일전구체에서 스퍼터링된 박막의 광학적, 구조적 및 전기적 특성평가

정채환(Jeong, Chaehwan),김새록(Kim, Saerok),김진혁(Kim, Jinhyeok),김광복(Kim, Kwangbok) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)박막태양전지는 간단한구조와 가격경쟁력 및 고효율화 가능성에 대한 기대감에 의해 많은 연구가 수행되어오고 있다. 특히 높은 흡수계수와 적절한 밴드갭, 큰 결정크기와 같은 물질의 특성들이 장점으로 작용하고 있기 때문이다. 또한 CIGS박막태양전지는 다른 태양전지에 비해 광열화가 적다는 장점도 가지고 있다. CIGS 박막은 CuInSe2내의 In 사이트에 Ga을 도핑함으로서 형성이 되는데 그때의 밴드갭은 약 1.4eV이며 이를 형성하기 위해 많은 방법들이 제안되고 있는데, CIGS박막 형성 시 가장 중요시 여겨야 될 인자는 구성원소로부터 최적화된 조성비를 찾는 것이다. 이러한 관점에서 볼때 evaporation법이나 sputtering법같은 진공방식의 공정법이 비진공방식에 비해 최적의 조성비를 찾는 것이 수월할 것으로 생각된다. selenization을 하기전에, 동시증착이나 다층박막형성을 통해 Cu-In-Se의 조합이 일반적으로 이루어진다. 어떤방법이든 Se의 부가적인 공급이 이루어지는데 시작 전구체의 조합에서 그 해법을 제시하는 것에 대한 논의가 많이 부족한 현실로서, CuInSe2의 단일전구체에 의한 박막형성과 특성평가에 대해 구체적인 논의가 필요하다. 본 실험에서는 Cu-In-Se 전구체를 CuInSe2 단일 타겟에서부터 RF 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 박막증착을 하여 Se의 Rapid Thermal Process(RTA)법을 통해 Se이 순차적으로 공급되었다. 이때 형성되는 박막의 태양전지 흡수층 적용을 위한 광학적, 전기적 및 구조적에 대한 논의된다. Soda lime glass(SLG)와 Corning 1737 유리를 기판으로 하여 아세톤-에탄올을 이용, 초음파세척을 실시하였다. 스퍼터 공정을 하기전에 흡착된 물분자를 제거하기 위하여 약 30분간 120?C로 열을 가해주었으며, 공정을 위한 총 아르곤 가스의 양은 약 50sccm이며 이때의 공정압력은 20mtorr로 고정하였다. 우선 RF power와 기판온도에 따른 단일전구체 형성을 관찰하기 위하여 각각 30~80W, RT~400?C로 변화를 주어 박막을 형성한 후 모든 sample에 대하여 500?C분위기에 effusion cell을 이용하여 Se 분위기에서 결정화를 실시하였다. 샘플의 두께는 Surface profiler로 측정하였고 단면은 전자주사현미경으로 관찰되었다. 동시에 SEM이미지를 통하여 morphology와 grain size 및 EDX를 통하여 조성분석을 하였다. 밴드갭, 투과율 및 흡수계수는 UV-VIS-NIR분광분석법을 통하여 수행되었으며, 전기적 특성분석을 위해 4-point-probe와 Hall effect측정을 수행하였다. 공정변수에 따른 단일타겟으로 얻어 결정화된 CuInSe2박막의 자세한 결과와 논의에 대하여 발표한다.

태양전지 응용을 위한 E-beam 조사법에 의한 비정질 실리콘 결정화 특성연구

정채환(Jeong, Chaehwan),류상(Ryu, Sang),김창헌(Kim, Changheon),이종호(Lee, Jong-Ho),김호성(Kim, Ho-Sung) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

유리기판위에 큰 결정입자를 갖는 실리콘 (폴리 실리콘) 박막을 제조하는 것은 가격저가화 및 대면적화 측면 같은 산업화의 높은 잠재성을 가지고 있기 때문에 그동안 많은 관심을 가지고 연구되어 오고 있다. 다양한 방법을 이용하여 다결정 실리콘 박막을 만들기 위해 노력해 오고 있으며, 태양전지에 응용하기 위하여 연속적이면서 10um이상의 큰 입자를 갖는 다결정 실리콘 씨앗층이 필요하며, 고속증착을 위해서는 (100)의 결정성장방향 등 다양한 조건이 제시될 수 있다. 다결정 실리콘 흡수층의 품질은 고품질의 다결정 실리콘 씨앗층에서 얻어질 수 있다. 이러한 다결정 실리콘의 에피막 성장을 위해서는 유리기판의 연화점이 저압 화학기상증착법 및 아크 플라즈마 등과 같은 고온기반의 공정 적용의 어려움이 있기 때문에 제약 사항으로 항상 문제가 제기되고 있다. 이러한 관점에서 볼때 유리기판위에 에피막을 성장시키는 방법으로 많지 않은 방법들이 사용될 수 있는데 전자 공명 화학기상증착법(ECR-CVD), 이온빔 증착법(IBAD), 레이저 결정화법(LC) 및 펄스 자석 스퍼터링법 등이 에피 실리콘 성장을 위해 제안되는 대표적인 방법으로 볼 수 있다. 이중에서 효율적인 관점에서 볼때 IBAD는 산업화측면에서 좀더 많은 이점을 가지고 있으나, 박막을 형성하는 과정에서 큰 에너지 및 이온크기의 빔 사이즈 등으로 인한 표면으로의 damages가 일어날 수 있어 쉽지 않는 방법이 될 수 있다. 여기에서는 이러한 damage를 획기적으로 줄이면서 저온에서 결정화 시킬 수 있는 cold annealing법을 소개하고자 한다. 이온빔에 비해서 전자빔의 에너지와 크기는 그리드 형태의 렌즈를 통해 전체면적에 조사하는 것을 쉽게 제어할 수 있으며 이러한 전자빔의 생성은 금속 필라멘트의 열전자가 아닌 Ar플라즈마에서 전자의 분리를 통해 발생된다. 유리기판위에 다결정 실리콘 씨앗층을 제조하기 위하여 전자빔을 조사하는 방법과 Al을 이용한 씨앗층 제조법이 비교되어 공정 수행이 이루어진다. 우선, 전자빔 조사를 위해 DC 및 RF 스퍼터링법을 이용하여 {sim}10^{20}cm^{-3}이상의 농도를 갖는 p^+^+ 비정질 실리콘 박막을 제조한다. Al의 증착은 DC 스퍼터링법을 이용하여 제조하고 그 두께는 실리콘 박막의 두께와 동일한 조건(350nm)으로 제조한다. 제조된 샘플은 E-beam gun이 달린 챔버로 이동하여 1.4keV의 세기를 가지고 각각 10, 20, 50, 100초를 조사한 후 단면의 이미지를 SEM으로, 결정화 정도를 Raman으로, 결정화 방향 등에 대한 조사를 XRD로 분석 측정한다. 그리고 Hall effect를 통해 전자빔의 조사 전후의 캐리어 농도, 이동도 및 비저항 등에 대한 조사가 이루어진다. 동시에 Al을 촉매로 한 layer교환에 대하여 마찬가지로 분석을 통하여 최종적으로 비교분석이 이루어 진다. 전자빔을 조사한 샘플에 대하여 빠른 시간 및 캐리어농도 제어 등의 우수성이 보이며, 특히 ~98%이상의 결정화율을 보일 것으로 예상된다.