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

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 NiP 박막 사이의 계면접착에너지는 14.83±0.76 J/m²이며, 후속 열처리에 따른 실리콘 태양전지 웨이퍼와 Ni-P 무전해 도금은 300℃ 처리 시 12.33±1.16 J/m², 600℃ 처리 시 10.83±0.42 J/m²로써 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 lowcost 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/m² after annealing at 300 and 600℃, 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.