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초록·키워드
최근 태양전지 산업은 고효율 태양전지 제작과 동시에 공정 단가를 낮추기 위하여 연구를 활발히 진행되고 있다. 이러한 고효율을 위한 연구는 태양전지 제작 공정의 최적화나 공정에 쓰이는 물질 및 소재와 같은 재료등 다양하게 논의되고 있다. 일반적인 N-type 태양전지에 사용되는 고온 소성 페이스트의 경우 10~20㎛이 수준의 전극형성 방법에 대하여 꾸준히 논의 되고 있으며, 우수한 종횡비의 전극을 형성하기 위하여 Double Printing 방법에 대하여 논의되고 있다. 논문에서는 여러 가지 공정이나 접근 방향에서도 공정 최적화로 접근하였다.
스크린 인쇄법을 이용하여 금속 페이스트, 스크린 메쉬 및 스크린 인쇄 조건에 따른 분석을 통하여 미세한 전극 형성의 최적 조건 및 특성을 확인하고, 미세한 전극 형성 메커니즘을 분석 진행하였다.
스크린 인쇄법은 비교적 간단하고 비용이 적게 들기 때문에 다양한 분양에서 응용 및 적용이 가능한 공정 방법이며, 많은 부분에서 발전을 이루어 왔다.
최적의 전극을 얻기 위해서는 전극에 의한 손실을 최소화 하여야 한다. 전면에서는 태양광을 최대한 많이 수광할 수 있도록 전극에 의하여 가려지는 그림자 영역을 최소화 하여야 하며, 생성된 캐리어를 원활하게 수집할 수 있도록 종횡비가 우수한 전극을 형성하여야 한다. 하지만, 미세한 전극을 형성하고 최적화 한다는 것은 그리 쉽지 않다. 광학적 특성과 전기적 특성은 서로 상극관계로써, 광학적 부분을 고려하여 전극 설계를 하면, 전기적 특성이 감소하게 되고, 저항 값이 증가하며, 특성 저하가 발생한다. 또한, 전기적 특성을 고려하여 전극 설계를 진행하면, 태양광을 수광할 수 있는 면적이 감소하여 효율이 감소하게 된다.
본 연구에서는 우수한 종횡비의 전극 형성에 필요한 Physical Effect의 스크린 인쇄 조건, Surface Effect의 기판의 표면 개질 및 Chemical Effect의 경화 조건 등으로 구분하여 실험을 진행하였으며, 최종적으로 스크린 메쉬 380-14, Squeegee pressure 0.350 ㎫, Snap-off distance 1.4mm, Squeegee speed 80mm/sec의 최적의 조건을 얻었다. 결정질 실리콘 이종접합 태양전지를 제작하였으며, Jsc, Voc, FF 및 Eff 등의 결과 값이 각각 40.57mA/㎠, 723mV, 81.03% 및 23.79%으로 우수한 특성의 고효율 태양전지를 제작할 수 있었다.
스크린 인쇄법을 이용하여 금속 페이스트, 스크린 메쉬 및 스크린 인쇄 조건에 따른 분석을 통하여 미세한 전극 형성의 최적 조건 및 특성을 확인하고, 미세한 전극 형성 메커니즘을 분석 진행하였다.
스크린 인쇄법은 비교적 간단하고 비용이 적게 들기 때문에 다양한 분양에서 응용 및 적용이 가능한 공정 방법이며, 많은 부분에서 발전을 이루어 왔다.
최적의 전극을 얻기 위해서는 전극에 의한 손실을 최소화 하여야 한다. 전면에서는 태양광을 최대한 많이 수광할 수 있도록 전극에 의하여 가려지는 그림자 영역을 최소화 하여야 하며, 생성된 캐리어를 원활하게 수집할 수 있도록 종횡비가 우수한 전극을 형성하여야 한다. 하지만, 미세한 전극을 형성하고 최적화 한다는 것은 그리 쉽지 않다. 광학적 특성과 전기적 특성은 서로 상극관계로써, 광학적 부분을 고려하여 전극 설계를 하면, 전기적 특성이 감소하게 되고, 저항 값이 증가하며, 특성 저하가 발생한다. 또한, 전기적 특성을 고려하여 전극 설계를 진행하면, 태양광을 수광할 수 있는 면적이 감소하여 효율이 감소하게 된다.
본 연구에서는 우수한 종횡비의 전극 형성에 필요한 Physical Effect의 스크린 인쇄 조건, Surface Effect의 기판의 표면 개질 및 Chemical Effect의 경화 조건 등으로 구분하여 실험을 진행하였으며, 최종적으로 스크린 메쉬 380-14, Squeegee pressure 0.350 ㎫, Snap-off distance 1.4mm, Squeegee speed 80mm/sec의 최적의 조건을 얻었다. 결정질 실리콘 이종접합 태양전지를 제작하였으며, Jsc, Voc, FF 및 Eff 등의 결과 값이 각각 40.57mA/㎠, 723mV, 81.03% 및 23.79%으로 우수한 특성의 고효율 태양전지를 제작할 수 있었다.
목차
- 제1장 서 론 11-1. 연구 배경 및 목적 11-2. 태양전지 구조와 분류 4제2장 이 론 62-1. 스크린 인쇄 공정 62-2. 금속 페이스트 82-2-1. 페이스트(paste) 구성 82-2-2. 금속 페이스트 전극 형성 메커니즘 102-3. 전극에 의한 손실 11제3장 실험 방법 133-1. 스크린 인쇄 공정 최적화 단위공정 실험 133-1-1. 스크린 메쉬 제판에 따른 영향 133-1-2. 스크린 인쇄 공정 조건에 따른 영향 163-2. 저온 경화 폴리머 페이스트 최적화 단위 공정 183-3. TLM 패턴을 통한 접촉 비저항 측정 193-4. 이종접합 태양전지 제작 213-4-1. 결정질 실리콘 웨이퍼 텍스쳐 및 세정 213-4-2. a-Si:H(p) 층 증작 233-4-3. a-Si:H(i) 층 증작 243-4-4. a-Si:H(n) 층 증작 253-4-5. 투명 전도막 (Transparent Conductive Oxide) 증착 263-4-6. 전극 형성 27제4장 실험 결과 및 고찰 284-1. 스크린 인쇄 공정 최적화 단위공정 실험 결과 284-1-1. 스크린 메쉬 제판에 따른 전극 형성 결과 284-1-2. 스크린 인쇄 공정 조건에 따른 전극 형성 결과 324-2. 표면 개질에 따른 전극 형성 실험 결과 374-2-1. 표면 개질에 따른 전극 형성 이미지 분석 결과 374-2-2. 표면 개질에 따른 전극의 전기적 특성 분석 결과 404-2-3. 표면 개질에 따른 결정질 실리콘 이종접합 태양전지 특성 결과 424-3. 저온 경화 폴리머 Ag 페이스트의 특성 평가 실험 결과 434-3-1. 열 중량 분석을 통한 페이스트의 온도 특성 평가 434-3-2. 경화 온도에 따른 SEM 및 EDS 분석 결과 464-4. 결정질 실리콘 이종접합 태양전지 특성 평가 48제5장 결론 51제6장 참고문헌 53
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