KR101387715B1 - 나노 텍스쳐링 구조를 갖는 반도체 웨이퍼 기판을 포함하는벌크형 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 벌크형 태양전지에 포함되는 실리콘 웨이퍼 기판 상에 나노 텍스쳐링(texturing) 구조를 형성하는 방법에 있어서, 금속 나노 입자를 촉매로 하는 에칭법을 이용하여 상기 나노 텍스쳐링 구조를 형성함으로써 우수한 특성을 갖는 반사방지막을 손쉽게 얻을 수 있는 벌크형 태양전지의 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따르면, 실리콘 웨이퍼 기판을 포함하는 벌크형 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 나노크기의 패턴을 갖는 나노 텍스쳐링(texturing) 구조를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 나노 텍스쳐링 구조 형성 단계는 금속을 촉매로 하는 에칭법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 벌크형 태양전지의 제조방법이 제공된다.
나노 텍스쳐링, 나노 금속, 촉매, 에칭, 태양전지
Description
본 발명은 벌크형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 벌크형 태양전지에 포함되는 실리콘 웨이퍼 기판 상에 나노 텍스쳐링(texturing) 구조를 형성하는 방법에 있어서, 금속 나노 입자를 촉매로 하는 에칭법을 이용하여 상기 나노 텍스쳐링 구조를 형성함으로써 우수한 특성을 갖는 반사방지막을 손쉽게 얻을 수 있는 벌크형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 포토다이오드의 일종으로 태양광을 직접 전력으로 전환시키는 목적에 이용되고 있어, 대체 에너지원으로서 지상에서는 물론이고 우주개발을 위해서도 그 이용이 점차 확대되어가고 있어 전력용 전자소자로서 매우 중요하다. 그 구조도 p-n 접합형, 쇼트키 배리어형 및 이종(異種)반도체의 접합으로 이루어지는 것 등이 있으며, 소재로서는 실리콘·갈륨비소 등의 결정체, 기타 각종 반도체가 광범 위하게 이용되고 있다. 특히 근래에 와서는 다결정(多結晶) 실리콘이나 비정질(非晶質) 실리콘을 이용한 태양전지의 개발과 실용화가 크게 각광을 받고 있다.
그러나 높은 광전변환효율과 품질특성 때문에 단결정의 실리콘 웨이퍼를 기반으로하는 벌크형 태양전지가 상용화되고 있는 실정이다.
일반적으로 실리콘 결정계(crystalline) 태양전지는 실리콘 웨이퍼를 출발 원료로 한다. 실리콘 웨이퍼는 고순도로 정제된 실리콘을 고온으로 가열하여 결정으로 성장된 잉곳을 만들고 이를 절단 및 연마를 통해 대형의 결정판 형태의 웨이퍼 기판을 만든다. 결정은 원자가 규칙적으로 배열된 물질을 의미한다.
종래의 태양전지를 제조하기 위한 웨이퍼의 처리 방법 중 가장 중요한 처리는 기판 표면의 텍스처링(texturing), 즉 조직화이다. 이러한 텍스처링의 목적은 빛을 받는 태양전지의 전면부에서의 반사율을 감소시키고, 태양전지 내에서 빛의 통과 길이를 길게 함으로써 태양전지 내부로 빛이 흡수되도록 하여 효율을 향상시키고자 하는 것이다. 한편, 기판 상에 광학 박막을 형성시켜 반사방지막으로서의 기능을 하게 할 수도 있다.
텍스처링된 종래의 태양전지용 웨이퍼 기판의 표면을 확대한 단면도는 도 1a에 도시하였다. 텍스처링한 후의 표면은 피라미드 구조를 가지므로 옆면에서 관찰할 때 정삼각형의 형상을 가진다.
종래 기술에 의하면, 경면 연마처리(Polishing)된 웨이퍼 표면은 입사되는 태양 빛의 30% 내지 50% 정도를 반사시키고, 표면을 피라미드 형태로 조직화(texturing)시키면 입사되는 태양광의 10% 내지 20% 정도를 반사하게 되어 반사 율이 현저하게 줄어든다. 또한, 조직화시킨 표면에 반사방지막(anti-reflection, AR)을 증착시키면 반사율을 약 5% 내지 10%까지 감소시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.
그러나, 상기 반사율은 태양광의 주요 흡수 파장대역인 500nm 내지 1000nm 에서관찰된 평균값으로서, 태양광 파장범위의 낮은 파장영역인 300nm 내지 400nm에서는 비교적 높은 반사도를 가지며, 반사방지막의 증착 이후라야만 비로소 상대적으로 더 낮은 반사도를 갖게 되는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 모든 태양광의 파장영역에서 균일하게 낮은 반사율을 갖는 기판 표면을 형성하고자 하는 연구가 진행되었고, 그 결과 나노 구조를 갖는 나노 텍스쳐링 구조가 형성된 실리콘 웨이퍼 기판을 포함하는 벌크형 태양전지가 개발되었다.
이러한 나노 텍스처링 구조를 갖는 종래 태양전지용 실리콘 웨이퍼 기판의 표면을 확대한 이미지는 도 1과 같다. 도 1을 참조하면 조직화된 웨이퍼 기판 상에는 피라미드 형태의 나노 구조가 형성되어 있음을 알 수 있다.
이러한 나노 텍스쳐링 구조로 형성되는 반사방지막은 넓은 파장영역 및 넓은 입사각 범위에서 반사 방지막으로서의 기능을 수행한다. 종래에는 이러한 나노 텍스쳐링 구조를 형성하기 위해 진공 중에서 염소(Cl) 기체 또는 플루오르화 황(SF6)을 이용하여 반응성 이온 에칭(RIE; Reactive Ion Etching)을 수행하거나, 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 금속을 매우 얇게 증착 한 후 습식에칭을 수행하였다.
그러나, 상기 방법 중 반응성 이온 에칭법을 이용하는 방법은 복잡하고 값비 싼 장비를 필요로 하는 진공 공정이 필수적이라는 문제가 있다. 한편, 습식 에칭을 이용하는 방법은 금속과 에칭액과의 촉매반응으로 실리콘을 에칭하여 나노 텍스쳐링 구조를 형성하는 방식으로 반응성 이온 에칭(RIE)을 이용하는 방식보다 공정상 간단하다는 장점이 있다. 그러나, 이 방법 또는 진공 장비를 사용하여야 하는 문제가 있다.
따라서, 진공 장비 등을 사용하지 않기 위하여 실리콘에 전기 도금 방식을 이용하여 금속을 얇게 도금한 후 이를 에칭하여 위와 같은 방법으로 나노 텍스쳐링 구조를 형성시키기도 한다.
한편, 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 나노 텍스쳐링 구조를 형성시키는 또 다른 방법으로는 황 가스 분위기에서 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 엑시머 레이저를 조사함으로써 나노 텍스쳐링 구조를 형성하는 방법이 있다.
또한, 나노 텍스쳐링 구조가 아닌 복수 개의 홀로 이루어지는 다공성 구조를 실리콘 웨이퍼 기판에 형성시킴으로써 반사방지막을 형성하기도 한다. 그러나, 이 방법은 기판 표면에 다공성 구조를 형성시키기 위해 전기분해장치 등 복잡한 장치를 이용한 공정을 필요로 한다는 문제가 있다.
따라서, 간단한 공정만으로도 우수한 특성을 가지는 텍스쳐링 구조를 형성시킬 수 있는 기술에 대한 개발이 필요하다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 진공공정 등의 필요없이 간소화된 공정만으로 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 우수한 반사방지 특성을 갖는 나노 텍스쳐링 구조를 형성시킬 수 있는 벌크형 태양전지의 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 실리콘 웨이퍼 기판을 포함하는 벌크형 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 나노크기의 패턴을 갖는 나노 텍스쳐링(texturing) 구조를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 나노 텍스쳐링 구조 형성 단계는 금속을 촉매로 하는 에칭법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 벌크형 태양전지의 제조방법이 제공된다.
상기 나노 텍스쳐링 구조 형성 단계는, 나노 금속 입자가 혼합되어 있는 용액을 상기 실리콘 웨이퍼 기판 상에 분산시키는 단계, 에칭액을 사용하여 상기 나노 금속 입자가 분산된 실리콘 웨이퍼 기판을 에칭하는 단계, 및 상기 나노 금속 입자를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 나노 금속 입자의 입경은 20nm 내지 200nm로 하는 것이 바람직하다.
상기 나노 금속 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 주석(Sn) 중 적어도 하나로 하는 것이 바람직하다.
상기 에칭액은 플루오르화 수소(HF)와 과산화수소수(H2O2)의 혼합용액인 것이 바람직하다.
상기 플루오르화 수소(HF)와 과산화수소수(H2O2)의 혼합비는 10:1로 하는 것이 바람직하다.
상기 용액에서 상기 나노 금속 입자의 농도는 1000ppm 내지 100000ppm 으로 하는 것이 바람직하다.
상기 나노 금속 입자가 혼합되어 있는 용액을 분산시키는 단계는, 스프레이법(spraying), 스핀코팅법(spin coating), 디핑법(dipping) 중 어느 하나에 의해 수행될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 벌크형 태양전지는 상기의 제조방법으로 제조되고 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 나노크기의 패턴을 갖는 나노 텍스쳐링(texturing) 구조를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 진공공정 등의 복잡한 공정의 필요없이 간소화된 공정만으로 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 우수한 반사방지 특성을 갖는 나노 텍스쳐링 구조를 형성시킬 수 있다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태들을 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양전지용 실리콘 웨이퍼 기판의 표면을 전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실리콘 웨이퍼 기판의 표면은 나노 패턴으로 이루어지는 나노 텍스쳐링 구조를 갖는다.
상기 나노 텍스쳐링 구조는 나노크기의 패턴으로 이루어져 있다. 즉, 실리콘 웨이퍼 기판 상부에 나노 크기의 패턴들이 조직화되어 있는 구조이다. 나노 텍스쳐링 구조에 의하면 반사방지막(anti-refletion; AR)을 사용하는 것과 다른 특징을 얻을 수 있다. 즉, 반사방지막을 사용하면 특정 파장 대역에서만 반사방지의 효과를 얻을 수 있는 반면 나노 텍스쳐링 구조에 의하면 넓은 파장영역에서 균일하게 반사방지의 효과를 얻을 수 있다.
나노 패턴의 크기는 태양전지의 반사방지막으로서의 기능을 최대한 달성할 수 있는 범위 내에서 선택될 수 있다. 즉, 패턴의 크기가 너무 크면 반사율이 저하될 수 있고, 반대로 패턴의 크기가 너무 작으면 반사가 방지되어 태양전지로 흡수되는 광량이 미미해지기 때문에, 그 크기를 적절하게 선택하여야 한다.
이하, 본 발명의 태양전지용 실리콘 웨이퍼 기판의 나노 텍스쳐링 구조를 형성하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시형태에 따른 나노 텍스쳐링 구조를 갖는 실리콘 웨이퍼 기판을 포함하는 태양전지를 제조하는 과정을 설명하는 공정도이다.
먼저, 도 3a에 도시되는 바와 같은 실리콘 웨이퍼 기판(110) 표면에 잔류하는 네이티브 옥사이드(native oxide; 120)를 제거한다. 실리콘 웨이퍼 기판(110)의 표면에는 실리콘 웨이퍼 기판(110)의 제조 과정에서 형성되거나, 대기 중의 노출 등에 따라 형성되는 네이티브 옥사이드(120)가 잔류하게 되는데 나노 텍스쳐링 구조를 형성하기 전에 이러한 이물질을 제거해주어야 한다. 실리콘 웨이퍼 기판(110)을 플루오르화 수소(HF) 혼합용액에 담금으로써 일어나는 화학 반응에 의해 상기와 같은 네이티브 옥사이드(120)가 제거될 수 있다.
그 후, 도 3b에 도시되는 바와 같이, 네이티브 옥사이드(120)가 제거된 실리콘 웨이퍼 기판(110) 상에 나노 금속 입자(135)가 분산되어 있는 수용액(130)을 도포하고 건조시킨다. 후에 나노 금속 입자(135)가 형성되어 있지 않은 부분의 실리콘 웨이퍼 기판(110)이 에칭됨으로써 나노 텍스쳐링 구조가 형성된다. 상기 수용액(130)에는 나노 금속 입자(135)가 약 1000ppm 내지 100000ppm 의 농도로 고르게 분산되어 있을 수 있다. 한편, 나노 금속 입자(135)의 입경은 형성하고자 하는 나노 텍스쳐링 구조의 패턴의 형태에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 나노 금속 입자(135)의 입경이 너무 크면 나노 텍스쳐링 구조에 포함되는 패턴 간의 거리가 지나치게 멀어지게 되고, 입경이 너무 작으면 패턴이 너무 조밀하게 형성될 수 있으므로, 적절한 범위 내에서 선택될 수 있다. 일례로서 나노 금속 입자(135)의 입경을 20nm 내지 200nm 의 범위 내에서 선택할 수 있다. 한편, 나노 금속 입자의 구성 물질은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 주석(Sn) 등으로 할 수 있다. 일례로서, 약 100nm의 입경을 갖는 은(Ag)을 나노 금속 입자(135)로 선택할 수 있다.
한편, 나노 금속 입자(135)가 혼합되어 있는 수용액(130)을 실리콘 웨이퍼 기판(110) 상에 도포하는 데에는 스프레이법(spraying), 스핀코팅법(spin coating), 디핑법(dipping) 등이 이용될 수 있다. 스프레이법은 수용액(130)을 실리콘 웨이퍼 기판(110) 상에 고르게 분사하는 방식이고, 스핀코팅법은 실리콘 웨이퍼 기판(110) 상에 수용액(130)을 떨어뜨린 후 이를 회전시켜 수용액(130)이 원심력에 의해 실리콘 웨이퍼 기판(110) 상에 코팅될 수 있도록 하는 방식이며, 디핑법은 실리콘 웨이퍼 기판(110)을 수용액(130)에 담가 코팅을 하는 방식이다. 이러한 방식으로 나노 금속 입자(135)가 분산되어 있는 수용액(130)이 실리콘 웨이퍼 기판(110) 상에 도포되면, 열처리 등을 통하여 이를 건조시켜 실리콘 웨이퍼 기판(110) 상에 나노 금속 입자(135)만이 남을 수 있도록 한다.
다음으로, 실리콘 웨이퍼 기판(110)을 에칭액에 담궈 에칭(etching)한다. 상기 에칭액으로는 플루오르화 수소(HF)와 과산화수소수(H2O2)가 혼합되어 있는 용액을 사용할 수 있다. 본래는 플루오르화 수소(HF)와 과산화수소수(H2O2)가 혼합되어 있는 용액만으로는 실리콘 웨이퍼 기판(110)을 에칭시킬 수 없으나, 기판(110) 상에 분산되어 있는 나노 금속 입자(135)가 촉매로 작용하여 나노 금속 입자(135)들 사이의 공간에 노출되어 있는 실리콘 웨이퍼 기판(110)이 에칭될 수 있는 것이다. 플루오르화 수소(HF)와 과산화수소수(H2O2)의 혼합비는 10:1 정도로 하는 것이 바람직하다. 도 3c는 이러한 방법에 의해 에칭된 실리콘 웨이퍼 기판(110)의 단면 구조를 나타낸다. 나노 금속 입자(135)들 사이의 공간에 노출된 실리콘 웨이퍼 기 판(110)이 에칭됨으로써 나노 패턴으로 형성되는 나노 텍스쳐링 구조가 형성되게 되는 것이다.
에칭이 완료되면 순수(pure water)를 이용하여 실리콘 웨이퍼 기판(110)을 세척한 후에 금속 에칭을 수행하여 나노 금속 입자(135)를 제거한다. 도 3d는 에칭에 의해 나노 금속 입자(135)가 제거된 실리콘 웨이퍼 기판(110)의 모습을 나타낸다. 이렇게 함으로써 표면에 나노 텍스쳐링 구조가 형성된 실리콘 웨이퍼 기판(110)이 얻어질 수 있다.
그 후, 도 3e에 도시되는 바와 같이, 상기 나노 텍스쳐링 구조가 형성된 제1전도성(예를 들면, p형)을 갖는 실리콘 웨이퍼 기판(110)에 제2전도성(예를 들면, n형)을 갖는 물질을 확산시켜 p-n 접합을 형성하고, 표면에 패시베이션 층(passivation; 150)을 형성한다. 패시베이션 층(150)은 실리콘 웨이퍼 기판(110)을 부동태화시켜 표면 결함을 최소화하기 위한 것이다. 패시베이션 층(150)은 실리콘 웨이퍼 기판(110)의 표면을 산화시킴으로써 형성될 수 있다. 즉, 상기 산화 반응에 의해 안정한 물질인 실리콘 산화물(SiOx)이 실리콘 웨이퍼 기판(110) 표면에 형성됨으로써 패시베이션 층(150)이 형성될 수 있다. 한편, 실리콘 질화물(SiNx) 등의 물질을 상기 실리콘 웨이퍼 기판(110) 표면에 증착함으로써 패시베이션 층(150)을 형성시킬 수도 있다.
다음으로, 도 3f에 도시되는 바와 같이, 상기 패시베이션 층(150)이 형성된 실리콘 웨이퍼 기판(110) 상에 전극(170)을 형성시킴으로써 태양전지가 완성된다. 전극(170)은 통상의 인쇄법(printing) 등에 의해 형성될 수 있다.
이러한 방법에 의하면, 진공공정 또는 전기분해공정 등을 사용하지 않고도 실리콘 웨이퍼 기판에 나노 텍스쳐링 구조를 형성할 수 있으며, 이에 따라 나노 텍스쳐링 구조 형성에 필요한 작업 공수를 간소화할 수 있고, 제조 원가가 절감될 수 있다.
또한, 값비싼 장비 또는 복잡한 공정 없이도 나노 텍스쳐링 구조와 같은 우수한 특성의 반사방지막을 얻을 수 있다.
도 1은 종래 태양전지용 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 형성된 나노 텍스쳐링 구조를 전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양전지용 실리콘 웨이퍼 기판의 표면을 전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양전지용 실리콘 웨이퍼 기판을 포함하는 벌크형 태양전지의 제조과정을 설명하는 공정도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 기판 120: 네이티브 옥사이드
130: 나노 금속 입자가 혼합된 수용액 135: 금속 나노 입자
150: 패시베이션 층 170: 전극
Claims (9)
- 실리콘 웨이퍼 기판을 포함하는 벌크형 태양전지의 제조방법에 있어서,상기 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 나노크기의 패턴을 갖는 나노 텍스쳐링(texturing) 구조를 형성하는 단계를 포함하되,상기 나노 텍스쳐링 구조 형성 단계는 금속을 촉매로 하는 에칭법에 의해 수행되고,상기 나노 텍스쳐링 구조 형성 단계는,나노 금속 입자들이 혼합되어 있는 용액을 상기 실리콘 웨이퍼 기판 상에 분산시키는 단계;열처리에 의하여 상기 용액을 건조시켜 상기 나노 금속입자들이 사이로 상기 실리콘 웨이퍼 기판이 노출되도록 상기 나노 금속 입자들을 남기는 단계;에칭액을 사용하여 상기 나노 금속 입자들 사이에 노출된 상기 실리콘 웨이퍼 기판을 에칭하는 단계; 및상기 나노 금속 입자들을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 벌크형 태양전지의 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 나노 금속 입자들의 입경은 20nm 내지 200nm인 것을 특징으로 하는 벌크형 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 나노 금속 입자들은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 주석(Sn) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 벌크형 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 에칭액은 플루오르화 수소(HF)와 과산화수소수(H2O2)의 혼합용액인 것을 특징으로 하는 벌크형 태양전지의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 플루오르화 수소(HF)와 과산화수소수(H2O2)의 혼합비는 10:1인 것을 특징으로 하는 벌크형 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 용액에서 상기 나노 금속 입자들의 농도는 1000ppm 내지 100000ppm 인 것을 특징으로 하는 벌크형 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 나노 금속 입자들이 혼합되어 있는 용액을 분산시키는 단계는, 스프레이법(spraying), 스핀코팅법(spin coating), 디핑법(dipping) 중 어느 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 벌크형 태양전지의 제조방법.
- 제1항, 그리고 제3항 내지 제8항 중 어느 하나의 제조방법으로 제조된 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 나노크기의 패턴을 갖는 나노 텍스쳐링(texturing) 구조를 포함하는 벌크형 태양전지.
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| US7057256B2 (en) | 2001-05-25 | 2006-06-06 | President & Fellows Of Harvard College | Silicon-based visible and near-infrared optoelectric devices |
| US7442629B2 (en) | 2004-09-24 | 2008-10-28 | President & Fellows Of Harvard College | Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate |
| KR101159278B1 (ko) * | 2009-07-23 | 2012-06-22 | 주식회사 효성 | 모스-아이 표면구조를 가지는 태양전지 및 그 제조방법 |
| US9911781B2 (en) | 2009-09-17 | 2018-03-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
| EP2478560A4 (en) * | 2009-09-17 | 2014-06-18 | Sionyx Inc | LIGHT-SENSITIVE IMAGING DEVICES AND CORRESPONDING METHODS |
| US9673243B2 (en) | 2009-09-17 | 2017-06-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
| US8692198B2 (en) | 2010-04-21 | 2014-04-08 | Sionyx, Inc. | Photosensitive imaging devices and associated methods |
| KR101045163B1 (ko) * | 2010-06-07 | 2011-06-30 | 인하대학교 산학협력단 | 금속 나노 입자를 이용한 실리콘 무반사막의 제조 방법 |
| US20120146172A1 (en) | 2010-06-18 | 2012-06-14 | Sionyx, Inc. | High Speed Photosensitive Devices and Associated Methods |
| KR101230059B1 (ko) * | 2010-10-07 | 2013-02-05 | 한국표준과학연구원 | 패턴된 기판을 이용한 다공성 막의 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 다공성 막 형성 기판 |
| US9496308B2 (en) | 2011-06-09 | 2016-11-15 | Sionyx, Llc | Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods |
| US9064764B2 (en) | 2012-03-22 | 2015-06-23 | Sionyx, Inc. | Pixel isolation elements, devices, and associated methods |
| KR101403285B1 (ko) * | 2012-06-27 | 2014-06-03 | 주식회사 포스코 | 효율이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법 |
| KR101372461B1 (ko) * | 2012-07-26 | 2014-03-12 | 성균관대학교산학협력단 | 반사방지막, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 태양전지 |
| KR101401887B1 (ko) * | 2012-11-27 | 2014-05-30 | 한국생산기술연구원 | 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20150130303A (ko) | 2013-02-15 | 2015-11-23 | 사이오닉스, 아이엔씨. | 안티 블루밍 특성 및 관련 방법을 가지는 높은 동적 범위의 cmos 이미지 센서 |
| WO2014151093A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Sionyx, Inc. | Three dimensional imaging utilizing stacked imager devices and associated methods |
| WO2014209421A1 (en) | 2013-06-29 | 2014-12-31 | Sionyx, Inc. | Shallow trench textured regions and associated methods |
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| KR102307791B1 (ko) * | 2019-11-29 | 2021-10-05 | 한국과학기술연구원 | 준 무작위 나노구조로 실리콘 웨이퍼를 텍스쳐링하는 방법과, 이 방법에 의해 제조된 실리콘 웨이퍼, 및 이러한 실리콘 웨이퍼를 포함하는 태양 전지 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073859A (ja) | 2001-09-03 | 2003-03-12 | National Institute For Materials Science | 基体上に接合して規則化配列したナノ構造体およびその製造方法 |
-
2008
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073859A (ja) | 2001-09-03 | 2003-03-12 | National Institute For Materials Science | 基体上に接合して規則化配列したナノ構造体およびその製造方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| H. Stiebig et al., Light trapping in thin-film silicon solar cells by nano-textured interfaces, Photonics for Solar Energy Systems, Proc. of SPIE Vol. 6197 (2006.05.12.) * |
| K. Tsujino et al.,Texturization of multicrystalline silicon wafers for solar cells by chemical treatment, Solar Energy Materials & Solar Cells Vol. 90, Issue 1, Pages 100-110 (2010.01.06) * |
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