이중 전사 공정으로 제작된 박막 GaAs/AlGaAs 태양전지 연구
- 주제(키워드) GaAs , 태양전지 , 이중 전사 공정 , 사파이어 기판 , 이종접합
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이재진
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 지능형반도체공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000034937
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
박막형 갈륨 아세나이드(GaAs) 단일접합 태양전지는 고효율, 경량성, 물질 안정성과 같은 특성을 바탕으로 우주, 드론, 웨어러블 기기 등 차세대 에너지 시스템 분야에 활용될 수 있다. 그러나 기존의 벌크형 태양전지는 두꺼운 기판으로 인한 무거운 무게로 인해 이러한 응용 분야에 적용하는 데 한계가 있어, 박막형 태양전지 구현을 위한 공정 기술 개발이 요구된다. 본 연구에서는 박막형 GaAs 태양전지의 고효율 구현을 목표로, 박막 에피택셜 층을 두 차례에 걸쳐 외부 기판에 전사하는 이중 전사 공정을 설계하고, 이를 통해 사파이어 기판 위에 신뢰성 있는 소자를 구현하는 데 성공하였다. 고효율 달성을 위해 넓은 밴드갭을 갖는 AlGaAs 이미터 층을 도입한 이종접합 구조를 적용하여 제작된 박막 GaAs/AlGaAs 태양전지는 동종접합 구조 대비 향상된 성능을 나타냈으며, 1.053 V의 개방전압, 22.116 mA/cm²의 단락전류밀도, 84.13 %의 충진율, 19.58 %의 전력변환효율을 나타냈다. 태양전지 성능 개선을 위한 추가 실험으로 흡수층 두께 변화에 따른 소자 특성 변화를 분석하였으며, 이러한 결과는 이중 전사 공정 기반 박막 GaAs 태양전지의 고효율 구현 가능성을 실험적으로 입증한 것으로, 향후 고효율 박막 GaAs 태양전지의 설계 및 응용 기술 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
more초록/요약
Thin-film gallium arsenide (GaAs) single-junction solar cells, characterized by high efficiency, lightweight properties, and material stability, hold strong potential for application in next-generation energy systems such as aerospace, drones, and wearable devices. However, conventional bulk-type solar cells face limitations in such applications due to their heavy weight resulting from thick substrates, necessitating the development of fabrication technologies for thin-film solar cells. This study aimed to achieve high-efficiency thin-film GaAs solar cells by designing a double-transfer process in which the thin epitaxial layers were sequentially transferred onto external substrates, successfully implementing a reliable device on a sapphire carrier substrate. To achieve high efficiency, a GaAs/AlGaAs heterojunction structure incorporating a wide-bandgap AlGaAs emitter layer was employed. The fabricated thin-film GaAs/AlGaAs solar cell demonstrated enhanced performance compared to the homojunction structure, achieving an open-circuit voltage of 1.053 V, a short-circuit current density of 22.116 mA/cm², a fill factor of 84.13 %, and a power conversion efficiency of 19.58 %. Additionally, as a supplementary experiment to further improve the device performance, the effects of absorber layer thickness variation on device characteristics were analyzed. These results experimentally demonstrate the feasibility of high-efficiency thin-film GaAs solar cells based on the double-transfer process, and are expected to contribute to the design and development of high-efficiency thin-film GaAs solar cells for future applications.
more목차
제 1 장. 서 론 1
제 2 장. 태양전지 원리 및 이론 3
제 3 장. 박막 GaAs 태양전지 제작 6
3.1. 태양전지 구조와 이중 전사 공정 6
3.2. 공정 신뢰성 평가 14
제 4 장. 박막 GaAs 태양전지 특성 비교 19
4.1. GaAs/AlGaAs 이종접합 태양전지 특성 19
4.2. 흡수층 두께에 따른 태양전지 특성 23
제 5 장. 결 론 27
참 고 문 헌 28
Abstract 31
