고상 결정화법을 위한 새로운 공정조건으로 제작된 다결정 Si 박막의 태양전지 특성 평가 (Evaluation of Solar Cell Properties of Poly-Si Thin Film Fabricated with Novel Process Conditions for Solid Phase Crystallization)

서지정보

· 발행기관 : 한국전기전자재료학회
· 수록지 정보 : 전기전자재료학회논문지 / 24권 / 9호 / 766 ~ 773페이지
· 저자명 : 권순용, 정지현, Yuguo Tao, Sergey Varlamov

초록

비정질 실리콘(a-Si)을 증착한 후에 이를 열처리하여 결정질 실리콘을 얻는 방법은 실리콘 박막을 이용한 태양전지 제조 공정에서 일반적으로 이용되는 기술 중의 하나이다. 1.8 ㎛ 두께의 비정질 실리콘 박막을 100 nm 두께의 Si3N4가 코팅된 3.3 mm 두께의 평판 유리 기판 위에 PECVD 공정을 이용하여 증착하였다. 본 실험의 최종 적층구조는 p+(35 nm, 1.2×1020/cm3)/p(1.7 ㎛, 2×1016/cm3)/n+(65 nm, 2×1019/cm3)/Si3N4/glass이고, p-type 및 n-type 반도체 형성을 위한 도핑에는 붕소 및 인을 사용하였는데, 실리콘 박막 증착 중에 동시에 첨가되었다. 비정질 실리콘 박막 증착 후, 결정화를 위한 주 열처리 공정 전에 핵생성을 위하여 급속 열처리 공정을 적용하였다. 이 핵생성 열처리 공정의 온도는 680℃∼740℃ 범위에서 변화시켰고, 열처리 시간은 2분∼32분 범위에서 변화시켰다. 급속 열처리 후에 일반 열처리 공정(box furnace)을 이용하여 600℃에서 18시간 동안 상압에서 열처리하였다. 완전히 결정화된 시편은 도핑 원소들을 활성화시키기 위하여 다시 질소 분위기에서 1,000℃/60 sec/N2의 공정 조건으로 급속 열처리하였다. 그 다음에 희석된 불산(4.9% HF in H2O)을 이용하여 표면에 형성된 유리질 층(PSG)을 제거하고, 미 결합 실리콘 전자 결함을 제거하기 위해서 수소 플라즈마 처리를 650℃에서 30분 동안 처리하여 최종 시편을 제작하였다. 핵생성 열처리 공정을 680℃로 진행한 경우에는 16분까지는 개방전압이 450 mV로 열처리 시간이 증가함에 따른 영향은 거의 없었다. 따라서 이러한 핵생성 열처리 공정을 적용하면 태양전지의 최종 전기적 특성의 열화 현상을 피하면서 공정 시간을 줄일 수 있음을 확인할 수 있었다.

영어초록

Amorphous Si (a-Si) thin films of p+/p-/n+ were deposited on Si3N4/glass substrate by using a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method. These films were annealed at various temperatures and for various times by using a rapid thermal process (RTP) equipment. This step was added before the main thermal treatment to make the nuclei in the a-Si thin film for reducing the process time of the crystallization. The main heat treatment for the crystallization was performed at the same condition of 600℃/18 h in conventional furnace. The open-circuit voltages (Voc) were remained about 450 mV up to the nucleation condition of 16min in the nucleation RTP temperature of 680℃. It meat that the process time for the crystallization step could be reduced by adding the nucleation step without decreasing the electrical property of the thin film Si for the solar cell application.

참고자료

· 없음