Recently, sustainable eco-friendly renewable energy has been attracting attention due to serious climate change problem. In particular, among various renewable energies, energy converted from abundant solar energy is considered as a realistic alternative. Ⅲ-Ⅴ semiconductor solar cells are known as promising technologies in eco-friendly renewable energy with excellent light conversion efficiency and electrical properties based on direct band gap, resistance to extreme environments and radiation. However, despite these advantages, due to the high manufacturing cost of Ⅲ-Ⅴ semiconductor solar cells, applications are limited to markets that are less affected by cost such as space industry and military industry.
Ge and GaAs, the growth substrates for the manufacture of Ⅲ-Ⅴ semiconductor solar cells, account for about 40% of the total solar cell manufacturing cost. Therefore, if the cost of the substrate is reduced, the total solar cell manufacturing cost can be significantly reduced.
In this dissertation, the thinning and reuse technology of Ge, a material used for epitaxial growth of Ⅲ-Ⅴ semiconductor solar cells, was studied to reduce the cost of Ⅲ-Ⅴ semiconductor solar cells. We reduced the process cost and made it possible to manufacture a large area by changing the deep reactive ion etching (DRIE) process for porous structure formation of the Germanium-on-nothing (GON) technology, which has been previously studied, to the bipolar electrochemical etching process.
In this study, a uniform porous layer with a thickness of 1μm or more was formed through a bipolar electrochemical etching process, and a thin film for GaAs solar cell growth was formed by reorganization of the porous layer formed through the electrochemical process at high temperature.
The substrate thinning and reusing technology developed through this study can be used in the next-generation space and military industry that require flexibility and small volume in the future, and is expected to enable the production of low-cost, high-efficiency solar cells.
최근 심각한 기후 변화 문제 등으로 인하여 지속가능한 친환경 재생 에너지가 주목을 받고 있다. 특히 여러가지 재생 에너지 중 풍부한 태양 에너지를 변환한 에너지는 현실적인 대안으로 고려되고 있다.
Ⅲ-Ⅴ 족 반도체 태양전지는 직접밴드갭을 기반으로 한 우수한 광 변환 효율 및 전기적 특성, 극한의 환경과 방사선에 대한 저항성을 가져 친환경 재생 에너지에서 유망한 기술로 알려져있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 Ⅲ-Ⅴ 족 반도체 태양전지는 높은 제조 가격으로 인하여 사용 범위가 우주산업과 군 산업 등 가격의 영향을 덜 받는 시장으로만 제한되고 있다.
Ⅲ-Ⅴ 족 반도체 태양전지 제작을 위한 성장기판인 Ge과 GaAs는 전체 태양전지 제조 비용의 약 40%를 차지하고 있다. 그러므로 만약 기판의 가격을 줄인다면 전체 태양전지 제조 비용을 상당히 낮출 수 있다.
본 논문에서는 Ⅲ-Ⅴ 족 반도체 태양전지의 가격을 줄이기 위하여 에피택셜 성장기판으로 사용되는 재료인 Ge의 박막화 및 재활용 기술을 연구하였다. 기존에 선행 연구가 진행되어 있는 Germanium-on-nothing (GON) 기술에서 다공구조형성을 위한 Deep reactive ion etching (DRIE)공정을 양극성 전기화학적 식각공정으로 개선함으로써 공정가격을 낮추고 대면적 제작을 가능하게 하였다.
본 연구에서는 양극성 전기화학적 식각공정을 통해 1μm 두께 이상의 균일한 다공구조층을 형성하였고 이를 고온에서 재조직화시켜 GaAs 태양전지 성장을 위한 박막을 형성하였다.
본 연구를 통해 개발된 기판의 박막화 및 재활용 기술은 향후 유연성과 작은 부피를 요구하는 차세대 우주산업과 군산업에 적용될 수 있으며 저비용 고효율 태양전지 제작이 가능하게 할 것이라고 예상 된다.
