양극산화 처리된 알루미늄 기판상의 비정질 실리콘 박막의 결정화 연구 = Crystallization of a-Si thin film on the anodized Al layer

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, it was found that polycrystalline silicon thin film could be easily obtained with AIC (Aluminum Induced Crystallization) phenomenon from a-Si. During the crystallization process, layer exchange was found to take place. However, this thin film can`t be used as it is for the fabrication of solar cell because of aluminum contamination in the silicon layer. In order to utilize the AIC for the solar cell fabrication, layer exchange should be inhibited. For this purpose, 1 μm aluminum oxide layer was formed first on the aluminum substrate with anodizing process. Wet blasting treatment with ceramic powder was conducted onto this aluminum oxide layer to make the micro hole. A-Si layer was deposited with CVD on the top of this layer to be contacted with aluminum through these micro holes. During heat treatment below 450°C, AIC of a-Si is expected to take place at these holes. XRD study shows that a-Si was crystallized. Without this aluminum oxide layer, most of the silicon atoms were found to be absorbed into aluminum layer during heat treatment. Surface morphology of each step of the process was observed with AFM and cross section of each step of the process was observed with SEM.

국문 초록 (Abstract)

급속도로 성장하고 있는 태양전지 분야에서 원가경쟁력을 확보하기 위한 다양한 시도가 진행되고 있다. 그 증에서 AIC(Aluminum induced crystallization)를 활용해 이종기판 위에 다결정 실리콘 박막을 형성하는 방법은 다결정 실리콘 박막의 잠재성으로 인해 주목받고 있다. 기존의 AIC를 통한 다결정 실리콘 박막 형성은 층교환(layer exchange) 현상을 활용한 것으로 저온에서 쉽게 다결정 실리콘 박막을 얻을 수 있다. 하지만 AIC를 통해 얻어진 실리콘 박막은 실리콘 내 함유된 알루미늄의 높은 농도로 인해 태양전지 제조에 활용되기에는 한계를 가지고 있다. 이에 본 연구는 변형된 AIC를 통해 알루미늄의 함량이 낮은 다결정 실리콘 박막을 제조하고자 하였다. 기존 AIC에서 사용되는 유리 기판 대신 알루미늄을 기판으로 사용하였으며, 양극산화를 통해 1 ㎛ 두께의 산화막층을 형성시키고, 이 산화막층을 습식 파우더 분사 처리하여 산화막층에 미세한 홈을 형성시켰다. 이 위에 CVD를 통해 비정질 실리콘을 증착하고 400℃에서 6시간 동안 열처리해 주었다. XRD를 통해 실리콘 박막의 결정화를 확인하였고, 실험 단계별로 SEM을 통해 표면 및 단면을 AFM을 통해 표면 형상을 비교하였다. 변형된 AIC를 통해 형성된 다결정 실리콘 박막은 (111) 방향이 우세하였으며, 열처리 결과 표면에는 높이 1 ㎛, 크기 900 ㎚ 수준의 연속적인 섬구조가 형성되었다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 국문요약
• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 이론적 배경 10
• 1. 태양전지 이론 10
• 1) 태양전지 구조 10
• 2) 태양전지 에너지 변환 10
• (1) 광생성 전류 10
• (2) 광기전력 효과 11
• (3) 태양전지 전류-전압 곡선 12
• (4) 단락전류(Short circuit current) 13
• (5) 개방전압(Open circuit voltage) 14
• (6) 곡선인자(Fill factor) 15
• (7) 변환효율(Conversion efficiency) 16
• 2. 폴리 실리콘 박막 태양전지 19
• 1) 폴리 실리콘 박막 정의 19
• 2) 폴리 실리콘 박막 잠재성 19
• 3) 폴리 실리콘 박막 태양전지용 기판 20
• 4) 폴리 실리콘 박막 형성 21
• (1) Chemical vapor deposition 21
• (2) Plasma enhanced chemical vapor deposition 22
• (3) Ion assisted deposition 23
• (4) Liquid phase epitaxy 23
• (5) Solid phase crystallization 23
• 3. 전해연마와 양극산화 25
• 1) 전해연마(Electrolytic polishing) 25
• 2) 양극산화(Anodizing) 25
• Ⅲ. 실 험 38
• 1. 알루미늄 기판 표면 전처리 38
• 2. 양극산화 처리 40
• 3. 습식 파우더 분사 처리 41
• 4. 비정질 실리콘(a-Si) 증착 42
• 1) 열적 증착(Thermal evaporation) 42
• 2) 스퍼터링(Sputtering) 43
• 5. 결정화 유도 44
• 6. 분석용 시편 제작 45
• Ⅳ. 결과 및 고찰 49
• 1. XRD 분석 49
• 1) 전해연마 후 실리콘을 증착하여 열처리 49
• 2) 양극산화 후 실리콘을 증착하여 열처리 51
• 3) 습식 파우더 분사 후 실리콘을 증착하여 열처리 51
• 2. SEM·EDS 분석 52
• 1) 양극산화 후 실리콘을 증착하여 열처리 52
• 2) 습식 파우더 분사 후 실리콘을 증착하여 열처리 52
• 3. AFM 분석 55
• 1) 양극산화 후 실리콘을 증착하여 열처리 55
• 2) 습식 파우더 분사 후 실리콘을 증착하여 열처리 56
• Ⅴ. 결 론 66
• 참고문헌 67
• 영문초록 72