태양전지공학 Chapter 3

(1)

(2)

실리콘 순도별 종류와 가격분포도

(3)

실리콘 내의 불순물 고용도

10²²

10²¹

10²⁰

10¹⁹

10¹⁸

10¹⁷

10¹⁶

10¹⁵

500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 Cu

Au Fe

Al Ga B

P

As

원자/cm3

T(℃) 10²²

10²¹

10²⁰

10¹⁹

10¹⁸

10¹⁷

10¹⁶

10¹⁵

500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 Cu

Au Fe

Al Ga B

P

As

원자/cm3

T(℃)

(4)

SiHCl3 생성 및 다결정 Si 생성 공정 장치

필터

MGS

N₂

HCl 유동화장치

증류탑

H₂

~

H₂ 냉각

수정벨자 Si선

필터

MGS

N₂

HCl 유동화장치

증류탑

H₂

~

H₂ 냉각

수정벨자 Si선

H SiHCl

3HCl Si

2CO Si

2C SiO

C 1,100

2 3

C 300

C 460 , 1 2

+

¾

¾ ®

¬ +

+

¾

¾ ®

¾ +

°

(5)

쵸크랄스키 결정성장 개념도

(6)

실리콘 주괴

(7)

쵸크랄스키 단결정 실리콘 Ingot 성장법

(8)

프로우팅죤 결정 성장법의 개략도

(9)

대역 요융 정제(refining of zone melting procee)의 개략도

(10)

대역 용융 정제시의 K 값에 따른 불순물 농도 분포도

2

1.0 0.6 0.4

0.2

0.1 0.06 0.04

0.02

0.01

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1

0.2 0.5 0.9 K=2

K=0.01

X L C₀

C_s(X)

2

1.0 0.6 0.4

0.2

0.1 0.06 0.04

0.02

0.01

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1

0.2 0.5 0.9 K=2

K=0.01

X L X L C₀

C_s(X)

(11)

정상 응고 정제법과 대역 용융 정제법의 비교

0 L

C₀

X

(b) C

KC₀

대역용융정제법

정상응고정제법

0 L

C₀

X

(b) C

C

KC₀

대역용융정제법

정상응고정제법

(12)

대역 용융 정제법의 반복 횟수에 따른 불순물 분포도( =10)

10⁰

10^-1 10^-2

10^-3 10^-4

10^-5

10^-6 10^-7

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 X

L C₀

C_s(X)

10 9 8 7 6 5 4 3 2 n=1

경계농도 10⁰

10^-1 10^-2

10^-3 10^-4

10^-5

10^-6 10^-7

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 X

L X L C₀

C_s(X) C₀ C_s(X)

10 9 8 7 6 5 4 3 2 n=1

경계농도

l

L

(13)

실리콘기판 두께와 소수 반송자 확산거리에 따른 효율변화도

Diffusion length Ln(㎛) In the base

21 20 19 18 17 16 15 14

0 50 100 150 200 250 300

Solar cell thickness(㎛)

E ff ic ie n cy ( % )

100 200

300 500

700 1000

50

Diffusion length Ln(㎛) In the base

21 20 19 18 17 16 15 14

0 50 100 150 200 250 300

Solar cell thickness(㎛)

E ff ic ie n cy ( % )

100 200

300 500

700 1000

50

(14)

실리콘기판형성을 위한 wire sawing 장비

(15)

웨이퍼의 성질과 특성비교

1∼3 0.001∼0.02

5∼50

＜10 2∼10

＜2

＜5

≤10,000 125 이상

＜40

＜10

≤5 1∼3

- 1∼300

20 50∼500 검출되지 않음

0.1∼1

≤500 100

≤25

≤5

≤0.01 1∼3

0.005∼10 0.005∼50

5∼10 3∼300

5∼25 1∼5

≤500 200

≤25

≤5

≤1 저항률(붕소) p-type(Ω/cm)

저항률(안티몬) n-type(Ω/cm) 저항률(붕소) p-type(Ω/cm) 저항률검사(4-점 탐칩)(%) 소수 반송자 수명(μs) 산소(ppma)

흑연(ppma)

어긋나기 결함(공정전)(cm^-2) 한변길이(mm)

휨(μm)

표면 평탄도(μm) 중금속 불순물(ppba)

태양전지 요구 프로우팅존

쵸크랄스키 성질

(16)

Ingot의 결정성장 방향

(17)

Columnar structure

도가니 밑면으로부터 위쪽으로 방향성 응고가 진행된 경우

(18)

Transcrystallization structure

도가니 벽면 쪽으로 방향성 응고가 진행된 경우

(19)

Fine crystalline structure

도가니 밑면 쪽에서 불규칙적으로 결정성장이 이루어진 경우

(20)

Edge structure

도가니의 벽면 부근에서의 결정 구조

(21)

Transition structure

도가니의 앞면과 윗면 쪽으로 결정성장이 동시에 이루어진 경우

(22)

과냉 계면에서의 온도구배

(23)

Grain size와 이론 및 실험적인 태양전지 효율과의 관계

(24)

결정립 크기에 따른 물성특성과 태양전지 특성

(25)

(26)

결정립 크기에 따른 확산거리

(27)

결합밀도와 결정립계 수가 미치는 확산거리

(28)

불순물 최소농도와 편석계수 관계도

(29)

P-형 실리콘 태양전지에 성능저하를 가져오는 불순물 농도의 입계감

(30)

(a) EFG 다결정 실리콘 (b) Web 실리콘기판 웨이퍼 성장

C a p i ll a r y a c ti o n

S i l i c o n m e l t D i e S ili c o n r i b b o n

M e n i s c u s

C a p i ll a r y a c ti o n

S i l i c o n m e l t D i e S ili c o n r i b b o n

M e n i s c u s

판형 실리콘

Si 용융체

실리콘 지지용

선 판형 실리콘

Si 용융체

실리콘 지지용

선

(a) (b)

(31)

SSP process에 의한 Silicon 판 생산

(32)

다결정 실리콘기판 직접제조(좌 : EFG, 우 : Ribbon, 하 : RGS)

(33)

기판재료의 외관, 성장법 원리, 가격과 특성비교도

중저가

원부자재 활용 지상전력 시장 30-40%

중간 가격 2$-4$

CZ Solar grade

wafer

고효율 제조공정 노하우 필요 저가 실리콘

가판가격 저렴 1.2$-1.8$

Cast mc-Si

양산 극미 연구수준 웨이퍼 두께

감소 가능 단결정 웨이퍼

가격을 상회 3$-4$

Tri-grain wafer

지상전력에 사용불가 특수 목적용 고품질

불순물 농도최하 최고 가격

(4”양산 최대) 7$-12$

FZ wafer

장점 단점 가격(5”)

성장법 사진

Wafer 종류

중저가

중간 가격 2$-4$

CZ Solar grade

wafer

고효율 제조공정 노하우 필요 저가 실리콘

가판가격 저렴 1.2$-1.8$

Cast mc-Si

양산 극미 연구수준 웨이퍼 두께

감소 가능 단결정 웨이퍼

가격을 상회 3$-4$

Tri-grain wafer

지상전력에 사용불가 특수 목적용 고품질

불순물 농도최하 최고 가격

(4”양산 최대) 7$-12$

FZ wafer

장점 단점 가격(5”)

성장법 사진

Wafer 종류

원형 웨이퍼 성장 손실 저가공정 필요