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4점굽힘시험법을 이용한 함몰전극형 Si 태양전지의 무전해 Ni-P 전극 계면 접착력 평가
Interfacial Adhesion Energy of Ni-P Electroless-plating Contact for Buried Contact Silicon Solar Cell using 4-point Bending Test System

김정규    (안동대학교 신소재공학부 청정에너지소재기술연구센터   ); 이은경    (한국기계연구원 부설 재료연구소 융합공정연구본부   ); 김미성    (한국기계연구원 부설 재료연구소 융합공정연구본부   ); 임재홍    (한국기계연구원 부설 재료연구소 융합공정연구본부   ); 이규환    (한국기계연구원 부설 재료연구소 융합공정연구본부   ); 박영배    (안동대학교 신소재공학부 청정에너지소재기술연구센터  );
  • 초록

    고효율, 저가격의 태양전지를 위해 습식공정 중 하나인 Ni-P 무전해 도금을 이용한 실리콘 태양전지 웨이퍼를 열처리에 따른 4점굽힘시험을 통해 정량적인 계면 접착에너지를 평가하였다. 실험 결과 실리콘 태양전지 웨이퍼와 Ni-P 박막 사이의 계면접착에너지는 $14.83{\pm}0.76J/m^2$ 이며, 후속 열처리에 따른 실리콘 태양전지 웨이퍼와 Ni-P 무전해 도금은 $300^{\circ}C$ 처리 시 $12.33{\pm}1.16J/m^2$ , $600^{\circ}C$ 처리 시 $10.83{\pm}0.42J/m^2$ 로써 전반적으로 높은 계면접착에너지를 가지나 열처리 온도가 증가할수록 계면접착에너지가 서서히 감소하였다. 4점굽힘시험 후 박리된 파면의 미세구조를 관찰 및 분석하여 내부의 파괴경로를 확인하였으며, X-선 광전자 분광법을 통하여 표면화학 결합상태를 분석한 결과 열처리 시 Ni-O와 Si-O 형태의 결합이 존재하여 약한 계면을 형성하기 때문인 것으로 판단된다.


    In order to develop electroless-plated Nickel Phosphate (Ni-P) as a contact material for high efficient low-cost silicon solar cells, we evaluated the effect of ambient thermal annealing on the degradation behavior of interfacial adhesion energy between electroless-plated Ni-P and silicon solar cell wafers by applying 4-point bending test method. Measured interfacial adhesion energies decreased from 14.83 to 10.83 J/ $m^2$ after annealing at 300 and $600^{\circ}C$ , respectively. The X-ray photoelectron spectroscopy analysis suggested that the bonding interface was degraded by environmental residual oxygen, in which the oxidation inhibit the stable formation of Ni silicide phase between electroless-plated Ni-P and silicon interface.


  • 주제어

    Buried Contact Solar Cell .   Ni-P Contact .   Adhesion .   4-point bending test.  

  • 참고문헌 (16)

    1. I. S. Moon, D. S. Kim, E. J. Lee and S. H. Lee, "New Method for Patterning front and Rear Contacts of High-Rfficiency Solar Cells with Mechanical Scriber", 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (PVSEC) Munich, 22, (2001). 
    2. M. A. Green, "Silicon Solar Cells : Advanced Principles Practice", pp.117, Centre for Photovoltaic Devices and Systems, University of New South Wales, Sydney (1995). 
    3. E. J. Lee, D. S. Kim and S. H. Lee, "Ni/Cu Metallization for Low-Cost High-Efciency PERC Cells", Sol. Energ. Mat. Sol. C, 74, 65 (2002). 
    4. F. d'Heurle, C. S. Petersson, J. E. E. baglin, S. J. La Placa and C. Y. Wong, "Formation of Thin Films of NiSi - Metastable Structure, Diffusion Mechanisms in Intermetallic Compounds", J. Appl. Phys., 55, 4208 (1984). 
    5. E. G. Colgan, M. Maenpaa, M. Finetti and MA. Nicolet, "Electrical Characteristics of Thin $Ni_{2}Si$, NiSi, and $NiSi_{2}$ Layers grown on Silicon", J. Electron. Mater., 12, 413 (1983). 
    6. Y. Hu and S. P. Tay, "Spectroscopic Ellipsometry Investigation of Nickel Silicide Formation by Rapid Thermal Process", J. Vac. Sci. Technol. A 16, 1820 (1998). 
    7. J. D. Lee, H. K. Kwon and S. H. Lee, "Study of Ni/Cu front Metal Contact Applying Selective Emitter Silicon Solar Cells", Kor. J. Met. Mater., 49, 905 (2011). 
    8. S. R. Kim and H. Y. Lee, "Measurement of Adhesion", Journal of Adhesion and Interface., 4, 21 (2003). 
    9. R. H. Dauskardt, M. Lane, Q. Ma and N. Krishna, "Adhesion and Debonding of Multi-Layer Thin Film Structures", Eng Fract. Mech., 61, 141 (1998). 
    10. J. W. Kim, K. S. Kim, H. J. Lee, H. Y. Kim, Y. B. Park and S. M. Hyun, "Characterization and Observation of Cu-Cu Thermo-Compression Bonding Using 4-point Bending Test System", J. Microelectron. Packag. Soc., 18(4), 11 (2011).     
    11. E. J. Jang, J. W. Kim, B. Kim, T. Matthias and Y. B. Park, "Annealing Temperature Effect on the Cu-Cu Bonding Energy for 3D-IC Integration", Met. Mater. Int. 17, 105 (2011). 
    12. J. W. Kim, K. S. Kim, H. J. Lee, H. Y Kim, Y. B. Park and S. M. Hyun, "The Effect of Plasma Pre-Cleaning on the Cu- Cu Direct Bonding for 3D Chip Stacking", proc. 18th IEEE International Symposium on the Physical & Failure Analysis of Integrated Circuits (IPFA), Incheon, 102, IEEE Reliability/ CPMT/ED (2011). 
    13. R. Shaviv, S. Roham and P. Woytowitz, "Optimizing the Precision of the Four-Point Bend Test for the Measurement of Thin Film Adhesion", Microelectronic Engineering 82, 99 (2005). 
    14. K. N. Chen, A. Fan, C. S. Tan and R. Reif, "Morphology and Bond Strength of Copper Wafer Bonding", Electrochemical and Solid-State Letters, 7(1), G14 (2004). 
    15. K. J. Min, M. H. Jeong, K. H. Lee, Y. S. Jeong and Y. B. Park, "Effect of Temperature/Humidity Treatment Conditions on Interfacial Adhesion of Electroless-Plated Ni on Polyimide", Kor. J. Met. Mater., 47, 675 (2009). 
    16. C. D. Wagner, W. M. Riggs, L. E. Davis and J. F. Moulder, "Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy", pp.56-84, Perkin-Elmer, U.S.A (1978). 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Jeong, Minsu ; Kim, Jeong-Kyu ; Kang, Hee-Oh ; Hwang, Wook-Jung ; Park, Young-Bae 2014. "Effects of Wet Chemical Treatment and Thermal Cycle Conditions on the Interfacial Adhesion Energy of Cu/SiNx thin Film Interfaces" 마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, 21(1): 45~50     

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  • 김정규 (1)

    1. 2014 "습식표면처리 및 열 사이클에 따른 Cu/SiNx 계면접착에너지 평가 및 분석" 마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society 21 (1): 45~50    
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  • Park, Young-Bae (32)

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