2014년 11월 21일 금요일

플렉서블 DSSCs을 위한 그래핀/나노튜브 하이브리드 전극

Rice 대학 연구자들은 그래핀에 공유 겹합된 나노튜브로 부터 캐소드를 만들어 종래의 비싸고 부서지기 쉬운 백금/FTO를 대체했다. 

그들은 매우 긴 정렬된 탄소 나노튜브 묶음을 성장시키기 위해  “Flying carpet” 기술이 이용했는데 나노튜브가 기판 표면에 부착된 채로 촉매를 밀어오리면서 나노튜브가 자란다. 



그래핀/나노튜브 하이브리드 전극은 2년 전에 나왔고 그래핀에서 나노튜브로 매끄러운 전이가 특징이다.  

그래핀은 CVD 공정을 통해 자라고 그 위에 촉매를 패턴으로 배열시킨다. 온도를 증가 시키면 에어로졸 원료로 부터 탄소 원자가 촉매가 있는 그래핀에 달라 붙어 촉매를 들어올리고 새로운 나노튜브가 자라게 한다. 나노튜브가 자라는 것이 멈추면 남아 있는 촉매가 뚜껑 역할을 해서 나노튜브가 꼬이는 것을 막아준다. 

이 하이브리드 물질은 2가지 장점이 있다. 첫째, 그래핀과 나노튜브는 니켈 호일 기판위에 직접적으로 성장시킬 수 있어서 이 자체가 전극이 되기 때문에 백금 촉매의 경우와 같은 투명 전도성 산화물과의 부착력 이슈가 없다.  

두번째는 전해질과의 접촉 저항이 낮아서 전자를 더 자유롭게 흐르게 한다. 전하 이동 저항이 백금 기반 캐소드에 비해 20배 낮다.

사실 핵심은 하이브리드 전극의 큰 표면적이다. 이것은 전해질이 접촉할 많은 기회를 주어 전자에게 높은 전도성 경로를 제공한다. 

나노튜브가 가장 짧은 것은 4분 동안 자란 20~25 um이고 1시간 자라면 100~150 um이 된다. 



평가셀에서 나노튜브가 길 수록 셀 성능이 우수했고 가장 긴 나노튜브를 적용했을 때 백금 기반 셀 대비 딱딱한 셀에서 효율 8.2% 대 6.8%, 플렉서블 셀에서 3.9% 대 3.4%을 얻었다. 

참고: http://phys.org/news/2014-11-graphene-nanotube-hybrid-benefits-flexible.html

2014년 11월 15일 토요일

저 밴드갭 폴리머 태양전지 제조를 위한 나노임프린트 리소그래피(NIL)

유기 태양전지 효율이 낮은 이유 중 하나는 짧은 엑시톤 확산 거리 10 nm 내에서 도너-업셉터 상 분리(전하 분리와 관련)와 높은 홀 이동도(전하 수송과 관련)를 동시에 실현하기 힘들기 때문이다.  

가장 널리 사용되고 있는 램덤한 상을 만드는 벌크 이종접합 구조는 심각한 전하 재결합을 야기하고 있다. 

이 문제는 P3HT/플러렌 태양전지에 보통 행해지는 열 또는 solvant vapor 어닐링으로 해결되기 어렵다는 것이 입증되고 있다.

비록, 첨가제인 1,8-octanedithiol이 도너와 업셉터 도메인 분리에 도움을 주지만 이 방법에 어한 분리는 정밀하게 제어될 수 없다.


(PCPDTBT/C70 이종접합 공정 흐름: (a와 b) PCPDTBT 나노회절격자를 위한 NIL; (c와 d) PCPDTBT 나노회절격자의 위에 C70 도포)  

UT Dallas의 연구자들은 나노입프린트 리소그래피(nanoimprint lithography, NIL)가 위 문제 해결에 효과적 기술이라는 것을 보였고 저 밴드갭 폴리머(PCPDTBT, 밴드갭 1.4 eV)에서 5.5%의 효율을 얻었다.

NIL은 유기 태양전지에 나노 모폴로지를 정밀하게 형성하기 위한 효과적인 제조법으로 대두되고 있다.




효율은 나노회절격자의 높이가 높을 수록,  PCPDTBT/C60 접합 면적이 클 수록, 그리고 나노격자폭이 좁을 수록 증가했다. 

그들의 이전 연구에서 나노임프린트 P3HT 태양전지에서에 3~4%의 효율을 보였는데  같은 폴리머로 다른 그룹이 보인 >4% 효율보다 낮았다.

특히, P3HT 폴리머의 흡수와 태양광 스펙트럼 사이에 부조화가 있는데 태양광의 최대 광속은 1.6~1.8 eV에 있는 반면 P3HT는 상대적으로 큰 밴드갭1.9~2.0 eV을 나타내기 때문이다. 밴드갭 1.3~1.5 eV가 폴리머-플러렌 태양전지에서 이상적이다.

새로운 연구에서 그들의 기술이 적용된 저 밴드갭 공액 폴리머(PCPDTBT) 나노회절격자로 5.5%의 효율을 얻었기 때문에 NIL이 저 밴드갭 폴리머 태양전지에 더 잘 작동한다는 알 수 있다.  NIL은 PCPDTBT 체인을 더 강하게 상호작용하게 만들어 향상된 구조적 정렬을 형성한다. 

나노임프린팅 공액 고분자로 부터 제어된 체인 정렬 뿐아니라 이연속성(bicontinuous) 그리고 서로 얽힌 이종접합을 얻을 수 있는데 나노임프린트가 체인 정렬을 유도하고 그 뒤 플러렌이 폴리머 나노구조 패턴내로 스며 들어가는 것이다.


참고: http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=38076.php, http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/am505303a


2014년 11월 14일 금요일

Multiferroic(Bi2FeCrO6) 태양전지(효율 8.1%)




Bi, Fe, Cr, O로 이루어진 금속 산화물인 mutiferroic 물질(최소한 두 개 이상의 ferroic oder을 나타내는 물질)은 태양광을 흡수하고 독특한 전기자기적 특징을 지니고 있다.  

이 물질의 밴드갭과 전기장을 유도하는 분극 덕택에 전하 생성과 분리가 가능해 차세대 태양전지 소자로 개발 가능하다. 

Multiferroic 산화물 기반 활성층은 광전하를 분리하기 위한 p-n접합이 필요 없다. 그리고 이론적으로는 광전압은 물질의 밴드갭에 의해 제한 받지 않는다.

소자의 밴드갭 튜닝은 소자 흡수 특성을 태양광 스펙트럼과 매칭을 최대로 맞춰준다. 

Multiferroic 박막은 200 nm 두께의 3층으로 이루어져 있으며 층은 서로 다른 파장을 포획할 있다.


연구자들에 의하면 Si 기술 기반 텐덤셀에서 top cell로써 multiferroic 물질을 열적 손실을 최소화하여 Si 태양전지 성능을 향상시킬 거라고 한다. 

INRS-EMT(캐나다) 연구자들은 Bi2FeCrO6 이중 페로브스카이트 multiferroic 산화물의 밴드갭을 효과적으로 튜닝하여 박막 태양전지 효율 8.1% 얻었다.

그들은 물질을 상용 단결정 Si 태양전지에 어떵게 적용할지 연구중이며 18% 효율이 24%으로 증가하고 수명도 늘어 것으로 기대한다.  

강유전체 특성을 변경하지 않고 밴드갭을 튜닝하는 것이다. 결정 구조 내의 원자 배치를 수정함으로써 광학적 특성을 조정할 있다. Bi2FeCrO6 경우 밴드갭을 1.4에서 2.2 eV 튜닝 가능하다



참고: http://phys.org/news/2014-11-materials-powerful-solar-cells.html, http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2014.255.html

2014년 11월 11일 화요일

"팅커토이" 물질을 DSSCs와 결합하여 효율을 높이다


(M: 금속 이온: L1, L2: 링커; 노란 구: 게스트 분자. 분자의, 다기능 구조는 MOFs에서 3가지 가능한 광수확 메커니즘을 제공한다: A) 틀 구조 내에 하나 또는 여러개의 유기 링커 유형; B) 기공 내의 광흡수 게스트 분자; C) 게스트 분자와 MOFs 랑커사이의 전하 이동 상호 작용이 고립된 게스트 분자와 링커가 새롭게 적색광을 흡수하게 한다.)


Sandia National Laboratories의 연구자들은 금속-유기 틀 구조(metal-organics framework, MOFs)를 DSSCs와 성공적으로 결합했다. 

그들은 TiO2 막 위에 얇은 MOFs 층을 올려 정확히 그들이 원하는 방식으로 염료 정돈시켰다. 효율 저하의 원인인 염료 응집을 피할 수 있었는데 염료가 MOF의 결정 구조에 고정됐기 때문이다. 


MOFs는 매우 규칙적인 물질이며 높은 수준의 다공성 물질이다. MOFs의 독특한 다공성은 2차 염료가 MOFs의 기공에 놓이도록 해준다. 

2차 염료는 초기 염료가 커버하지 않는 다른 태양광 스펙트럼 흡수 파장을 갖기 때문에 태양광 수확을 증가시킬 수 있다.   

참고: http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141103102233.htm

태양전지 역사

1800년대 

1839: Alexandre Edmond Becquerel, 
          태양광이 조사된 전도성 용액에 하나의 전극을 통해 광기전 효과(photovoltaic effect) 관찰 

1873: Willoughby Smith, 
          selenium이 광전도성(photoconductivity)을 보인다는 것을 발견 

1877: W.G. Adams 와 R.E Day, 
          고체화된 selenium에서 광기전 효과 관찰

1883: Charles Fritts,
          얇은 Au막 위에 selenium을 이용하여 태양전지를 개발, 효율 1% 미만 

1887: Heinrich Hertz
          자외선에 의한 광전도성을 조사했고 광기전 효과를 발견

1887: James Moser
           염료 감응 광전지화학 전지(photoelectrochemical cell)을 보고 

1888: Edward Weston
          미국 특허 US389124(제목:solar cell)와 US389125(제목:solar cell)을 획득 

1888~1891: Aleksandr Stoletov
           외부 광전 효과(photoeletric effect)에 기반한 최초의 태양전지 개발 

1894: Melvin Severy
          미국 특허 US527377(제목:solar cell)와 US527379(제목:solar cell)을 획득 

1897: Harry Reagan
          미국 특허 US588177(제목:solar cell) 획득 


1900년대에서 1940년대

1902: Philipp Von Lenard
          광 주파수에 따른 전자 에너지의 변화를 관찰

1904: Wilhelm Hallwachs
          반도체-접합(구리와 산화구리) 태양전지 제조

1905: Albert Einstein
          양자역학에 기반하여 광전효과를 설명하는 논문 발표

1913: William Coblentz
           미국 특허 US1077219(제목:solar cell) 획득 

1914: Sven Ason Berglund
           "감광성 전지의 용량 증가 방법"을 특허로 냄 

1916: Robert Millikan
          실험적으로 광전효과를 증명

1918: Jan Czochralski
           금속의 단결정 성장 방법 개발 

 1920년대: 집과 아파트에서 물 집열 방식(solar water-heating systems)과 평면 집광기 이용,  
                  Florida, California 남부

1932: Audobert와 Stora
           CdSe에서 광기전 효과 발견 

1935: Anthony H. Lamb
           미국 특허 US2000642(제목:photoelectric device) 획득    

1946: Russell Ohl
           미국 특허 US2402662(제목:light sensitive device) 획득  
       
1948: Gordon Teal과 John Little
          단결정 Ge과 Si을 만들기 위해 Czochralski 방법을 채용 


1950년대

1950년대: Bell Labs에서 우주에서 사용할 수 있는 태양전지 개발 

1953: Gerald Pearson
          Li-Si 태양전지 연구 시작

1954: Bell Labs에서 최초의 현대적인 태양전지의 발명을 발표, 효율 6%

1955: Western Electric이 상용 태양전지 기술을 라이선스(license)한다. Hoffman Electronics 
          Semiconductor Division은 전지 당 25$의 2% 효율을 갖는 상용 태양전지를 개발 

1957: AT&T 양도인이 미국 특허 US2780765(제목:solar energy converting apparatus) 획득. 
          그들은 이것을 "solar battery"로 불렀다. Hoffman Electronics는 8% 효율의 태양전지를 개
          발했다.  

1958: T. Mandelkorn, U.S. Signal Corps Laboratories
          p형 Si 위에 n형 Si의 태양전지 개발. 우주 공간에서 덜 손상을 받음. Hoffman Electronics
         는 9% 효율의 태양전지 개발. 0.1W, 100cm2의 태양전지 패널로 태양 에너지로 전력 공급
         을 받은 최초의 Vanguard 인공위성이 발사되었다. 

1959: Hoffman Electronics 10% 효율의 상용 태양전지를 개발, 격자 전극 접촉(grid contact)을 소
          개했고 셀의 저항을 낮추었다. 

1960년대에서 1970년대

1960: Hoffman Electronics
          14% 효율의 태양전지 제조 

1961: "개발도상국에서 태양 에너지"학회가 미국에서 개최 
       
1962: 태양전지로 부터 Telstar communications satellite가 전력을 공급 받음

1963: Sharp Corporation이 Si 태양전지로 성공 할 수 있는 광전지 모듈을 제조  

1964: Farrington Daniel의 "Direct use to the sun's energy"책이 Yale university press을 통해 출판

1967: Soyuz 1이 태양전지에 의해 전력을 공급 받는 첫 유인 우주선이 되다. 

1967: Akira Fujishima가 광전기 화학 전지(photoelectrochemical cell)에서 가수 분해에 사용되는 Honda-Fujishima 효과를 발견 

1970: 최초로 고효율 GaAs 이종구조(heterostructure) 태양전지가 Zhores Alferov와 동료에 의해 개발 

1971: Salyut 1이 태양전지에 의해 전력을 공급 받음

1973: Skylab 1이 태양전지에 의해 전력을 공급 받음

1974: Florida Solar Energy Center가 창립 

1974: Integrated Living Systems의 J. Baldwin이 태양과 바람에 의해서만 에너지를 얻어 난방하는 세계 최초의 빌딩을 공동 개발했다. 

1979: Tang, C.W. "multilayer organic photovoltaic elements"로 미국 특허 획득(US patent 4,164,431)



1980년대

1986: Tang, C.W. "2-layer organic photovoltaic(OPV) cell" 논문 발표



1990년대

1991: O'Regan과 Gratzel은 DSCs(dye-sensitized solar cells)에서 TiO2 나노입자 막이 다공성의 n형 광애노드로써 역할을 할 수 있으며 그것 때문에 염료 부착을 사용 가능한 표면적 증가시킬 수 있다는 것을 보여 줬다. 

1992: Hiramoto et al. 이 "P-I-N like behavior in 3-layered organic solar-cells having a co-deposited interlayer of pigments" 논문에서 최초로 OPV 소자에서 벌크 이종접합 개념을 도입
1995: Yu et al.이 MEH-PPV를 C60과 그 파생품과 혼합하여 최초로 고효율 벌크 이종접합 폴리머 태양전지 제조


2000년대

2009: Tsutomu Miyasaka(Toin 대학)은 TiO2 막을 CH3NH3I와 PbI2이 들어 있는 용액으로 처리함으로써 TiO2를 CH3NH3PbI3 나노결정 층으로 코팅하는 자기 조립 공정을 개발하여 최초의 페로브스카이트 태양전지 개발, 효율 3.8%, 액체 전해질로 인해 페로브스카이트 물질이 빠르게 분해되는 문제점이 있었다. 


2012: 최초의 고체 페로브스카이트 태양전지 개발, 효율 9.7%




2014년 11월 10일 월요일

플라즈몬 태양전지가 미래다

플라즈몬은 빛을 포획해서 전하로 바꾸는 특정 금속의 능력을 의미하기도 하고 빛에 노출되었을 때 여기 상태에 있는 전자를 뜻하기도 한다. 

최근에 개발된 프라즈몬 관련된 태양전지는 에칭에 의해 나노 크기 기둥 표면으로 이루어진 "블랙 금속” 태양전지, “금 나노 기둥의 숲” 그리고 “plasmonic graphene angle" 태양전지가 있다. 

이전에 AMOLF와 Caltech의 연구자들은 Au 나노 구체에 청색광을 쪼이면 나노 구체가 음전하 포텐셜을 갖고 적색 광하에서는 양전하 포텐셜을 갖는다는 것을 알았다.



그들은 나노 기둥 대신 단지 100 nm 지름의 구멍을 뚫은 20 nm 두께의 Au 박막으로 이루어진 작은 서킷을 설계했다. 

이 금속 구멍 어레이는 뚜렷한 플라즈몬 공명을 지니고 있고 공명 파장은 구멍 간격에 의해 제어될 수 있다. 서킷에 청색 레이저를 조사하면( -100 mV가 생기고 적색 레이저를 쏘면 +100 mV가 생긴다. 

이 플라즈몬 전기 소자는 완전히 새로운 all-metal 태양전지 개발을 가능하게 할 수 있다.



참고: http://cleantechnica.com/2014/11/02/brace-comes-plasmonic-solar-cell-future/

응집과 모폴로지 제어가 고효율 폴리머 태양전지(효율 10.8%, FF 77%)를 만들다

연구자들은 새로운 반도체 도너 폴리머 족에서 온도 제어 응집 거동이 더 싸게 양산될 수 있는 고효율 유기 태양전지(OPVs) 제조에 핵심이라는 것을 알았다. 

OPVs는 도너와 업셉터 물질 시스템의 2 구성 요소로 되어 있으며, 플러렌 선택에 덜 민감한 도너-업셉터 혼합물의 모폴로지를 제어하는 것과 우수한 광학적 전기적 특성을 갖는 최적의 물질 조합을 찾는 것은 고효율 유기 태양전지 개발에 있어서 매우 중요하다.

지난 몇년 PSCs의 최고 효율은 3가지 도너 폴리머(불소가 첨가된 thieno[3,4-b]thiophene 기반한 특정 폴리머 족, 예를 들어 PTB7)에서 나왔다. 그런데 특정 플러렌인 PC71BM와 함께 사용해야 하는 단점이 있다.

PTB7족 폴리머 사용에 있어서 또 다른 제약은 두꺼운 막(~300 nm)을 만들기 어렵다는 것이다. 그 이유는 PTB7 폴리머의 낮은 결정성과 관계된 상대적으로 낮은 홀 수송 능력 때문이다. 또 다른 이유는 PTB7 기반 물질 시스템은 상대적으로 불순한 폴리머 도메인을 갖고 있어서다.

따라서 후막 PSCs 위해 폴리머 결정성이 높고 충분히 순수한 폴리머 도메인을 갖는 최적에 가까운 PSCs 모폴로지를 보이는 새로운 재료 시스템이 필요하다. 높은 폴리머의 결정성은 우수한 홀 수송 능력을 띄게 하는데 충분히 순수한 폴리머 도메인과 결합되면 활성층 300 nm 두께에서도 높은 FF 및 효율을 나타낼 수 있다.

일반적으로 셀은 폴리머와 플러렌 혼합물에 용매를 첨가하여 용액으로 만든 후 이 용액을 표면에 뿌려 만든들어 진다.   

용매 증발로 도너 물질이 작고 매우 규칙적인 덩어리로 경화되어 얇은 막이 형성된다. 이 덩어리는 다른 덩어리 그리고  불규칙적인 도너 분자와 연결되고 플러렌이 이들을 엮는다. 

연구자들은 유기 태양전지의 모폴로지를 연구했는데 도너 층내의 덩어리 크기 규모와 응집(층 내의 이웃 분자간의 상호작용)이 효율에 주요 동력이라는 것을 알았다. 

그들은 소자 내의 덩어리의 크기 규모와 응집이 온도에 강하게 의존한다는 보였고 결정성이 높으나 작은 도메인을 상당히 포함하는 거의 이상적인 폴리머-플러렌 모폴로지 형성을 통해 다수의 폴리머-플러렌 조합에서 10.8% 효율의 후막 폴리머 태양전지를 얻었다.

연구자들은 서로다른 3가지 도너 폴리머와 10개 조합의 폴리머:플러렌에 기반한 거의 완벽에 가까운 모폴로지의 후막 PSCs를 만들었다.

우수한 모폴로지는 캐스팅 동안 도너 폴리머의 온도 의존 응집 거동 통해 제어되고 플러렌 종류에 민감하지 않다.

몇몇 비슷한 구조의 폴리머에 대한 비교 연구는 quaterthiophene에 붙어 있는 2-octyldodecyl(2OD) alkyl 체인이 구조를 특징 짓는 핵심이라는 것을 보여 준다. 2OD alkyl 체인은 높은 온도에서 폴리머 용액 공정을 허용하는 폴리머의 높은 온도 의존 응집 거동을 야기하고, 더 중요한 것은 막 냉각과 건조 공정시 폴리머의 결정성과 모폴로지를 결정한다. Branched alkyl 체인의 크기와 branching 위치는 최적의 응집 거동을 얻는데 매우 중요하다.









참고: http://news.ncsu.edu/2014/11/efficient-solar-cell/,
 Aggregation and morphology control enables multiple cases of high-efficiency polymer solar cells, Yuhang Liu, et al, Nature Communications⎜5:5293⎜DOI:10.1038/ncomms6293


2014년 11월 1일 토요일

p-Si Al-BSF에서 n-Si PERT 셀로 유전체 패시베이션 혁명

1980년대 태양전지는 내부 전계로 후면 패시베이션을 하는 Al-BSF(back surface field) 기술이 이용됐고 전면은 TiO2 유전체 층이 스프레이 코팅 또는 APCVD로 형성되어 반사방지코팅(ARC)의 역할을 했다. (TiO2는 유리한 고굴절률과 제한적인 기생 흡수를 갖는다.)

표면 패시베이션은 스크린 인쇄된 Ag 금속 그리드와 접촉을 좋게 하기 위해 고도핑된 이미터에서는 필요없다. Firing-through 공정이 되면 좋겠지만 그것은 꿈 같은 얘기고 대신 접촉을 위한 열처리 후 TiO2 층이 종종 적용되었고 인터컨넥션을 위한 솔더링을 하기 위해 버스바 위의 ARC를 마스킹 또는 브러싱(brushing)을 해야한다.  

1990년대 첫 번째 유전체 패시베이션인 SiNx 코팅이 등장했다. SiNx 막을 형성하기 위한 뚜렷이 다른 두 버젼인 저온 플라즈마 기반(PECVD)와 고온 버젼(LPCVD)이 나왔는데 PECVD가 가장 성공적이고 다양하다는 것이 입증됐다. 

SiNx의 성공은 "수소 패시베이션”으로 요약될수 있다. PECVD SiNx:H 층에 포함된 수소가 스크린 인쇄된 접촉의 열처리 동안 방출되어 이미터와 벌크를 패시베이션 한다. 특히 저품질의 다결정 Si 태양전지에 효과적이었다. 

공정이 매우 단순해 졌는데 인쇄된 접촉을 열처리할 때 SiNx:H에 의한 우수한 패시베이션과 동시에 우수한 후면 Al-BSF을 얻을 수 있기 때문이다. 

표면 패시베이션이 가능하기 때문에 더 적절하게 도핑된 이미터를 사용할 수 있어서 높은 옴저항 이미터를 접촉하기 위한 Ag 페이스트 개발을 가능하게 했다. 

SiOx는 태양전지에서 가장 우수한 패시베이션을 한다. 열 산화(thermal oxidation)는 태양전지 효율을 향상시키는 매우 중요한 공정이되고 있다. UNSW는 열 산화막을 전면과 후면에 적용한 PERL 셀에서 효율 25%을 얻었다. 

열 산화막이 태양전지 기술 개발에서 항상 중심에 있지만 지금은 상용셀에서 진전은 덜 하다.

열 산화막 뿐아니라 Al2O3가 유전체 패시베이션으로 주목받고 있다. Al2O3는 “음전하”로 요약될 수 있다. 이 고유 특성은 p-Si셀을 PERC 기술의 단점 중 하나를 피할 수 있게 해준다. 

사실 양전하로 후면 유전체 패시베이션을 할 경우 p-Si에 역전층(inversion layer)이 형성되어 생성된 캐리어가 shunting에 의해 지역적 손실이 야기될 수 있다. 이 나쁜 효과는 저조도에서 상대적 중요해진다. 하지만 음전하를 띤 유전체는 역전층 대신 축적층(accumulation layer)을 생성시켜 이 특별한 문제를 피할 수 있다.   

장비 제조사와 몇몇 연구소가 협력하여 Al2O3 증착 시스템을 상용화하고 있다: ALD(theraml, spatial, plasma assisted), PECVD, 스퍼터링, APCVD 그리고 스크린 인쇄. 현재 Spatial ALD와 PECVD가 주도하고 있다.

n-Si 셀에서 B이 도핑된 이미터는 우수한 패시베이션을 요구하기 때문에 Al2O3 층이 필요하다. IMEC은 열 산화막(SiO2)에 비해 Al2O3의 표면 재결합 속도의 급격한 감소를 보였다. Al2O3 패시베이션 이미터에서의 재결합은 표면 성분이 무시되는 Auger 재결합에 의해 결정된다고 생각할 수 있다.

IMEC은 n-Si 후면 접합 PERT셀을 개발하고 있다. Ni/Cu 도금 전면 접촉과 우수한 후면 Al2O3 패시베이션을 적용해서 최고 효율 21.5%을 달성했다.  



PERC 셀에서는 SiOx가 선두에 있는데 "패시베이션 접촉"으로 요약된다. Si 벌크와 물리적 표면과 관련된 재결합 전류는 Si 재료 품질을 향상과 우수한 표면 패시베이션 방법으로 크게 줄어든다.

금속 접촉 면적은 종종 PERC 셀에서 Voc와 소수 캐리어 재결합 전류에 큰 영향을 미친다. 이것은 항상 금속 자체의 불충분한 차폐 때문만이 아니고 금속-반도체 계면을 만들때 생긴 손상(접촉 면적 형성을 위한 레이저로 유전체를 제거할 때)으로 생길 수 있다.

다수 캐리어에 대한 저항 장벽 형성 없이 소수 캐리어를 위한 패시 장벽을 형성하는 선택적 접촉 방식이 필요하다.

하나의 방법은 패시베이티드 접촉을 형성하는 것인데 앏은 이미터와 BSF 조합에 터널링 유전체(화학 수단 및 열 산화로 형성되는 매우 얇은 산화물층, ~1 nm)를 이용하는 것이다.



참고: http://www.pv-tech.org/guest_blog/the_dielectric_passivation_revolution_from_p_si_al_bsf_to_n_si_pert_cells_a