• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2010년도 춘계학술발표대회
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• pp.35.1-35.1
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• 2010

The Cu(In,Ga)Se2(CIGS) thin film solar cells have been achieved until almost 20% efficiency by NREL. These solar cells include chemically deposited CdS as buffer layer between CIGS absorber layer and ZnO window layer. Although CIGS solar cells with CdS buffer layer show excellent performance, many groups made hard efforts to overcome its disadvantages in terms of high absorption of short wavelength, Cd hazardous element. Among Cd-free candidate materials, the CIGS thin film solar cells with Zn compound buffer layer seem to be promising with 15.2%(module by showa shell K.K.), 18.6%(small area by NREL). However, few groups were successful to report high-efficiency CIGS solar cells with Zn compound buffer layer, compared to be known how to fabricate these solar cells. Each group's chemical bah deposition (CBD) condition is seriously different. It may mean that it is not fully understood to grow high quality Zn compound thin film on the CIGS using CBD. In this study, we focused to clarify growth mechanism of chemically deposited Zn compound thin film on the CIGS, especially. Additionally, we tried to characterize junction properties with unfavorable issues, that is, slow growth rate, imperfect film coverage and minimize these issues. Early works reported that film deposition rate increased with reagent concentration and film covered whole rough CIGS surface. But they did not mention well how film growth of zinc compound evolves homogeneously or heterogeneously and what kinds of defects exist within film that can cause low solar performance. We observed sufficient correlation between growth quality and concentration of NH3 as complex agent. When NH3 concentration increased, thickness of zinc compound increased with dominant heterogeneous growth for high quality film. But the large amounts of NH3 in the solution made many particles of zinc hydroxide due to hydroxide ions. The zinc hydroxides bonded weakly to the CIGS surface have been removed at rinsing after CBD.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.138-138
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• 2009

Recently, thin-film solar cells of Cu(In,Ga)$Se_2$(CIGS) have reached a high level of performance, which has resulted in a 19.9%-efficient device. These conventional devices were typically fabricated using chemical bath deposited CdS buffer layer between the CIGS absorber layer and ZnO window layer. However, the short wavelength response of CIGS solar cell is limited by narrow CdS band gap of about 2.42 eV. Taking into consideration the environmental aspect, the toxic Cd element should be replaced by a different material. It is why during last decades many efforts have been provided to achieve high efficiency Cd-free CIGS solar cells. In order to alternate CdS buffer layer, ZnS buffer layer is grown by using chemical bath deposition(CBD) technique. The thickness and chemical composition of ZnS buffer layer can be conveniently by varying the CBD processing parameters. The processing parameters were optimized to match band gap of ZnS films to the solar spectrum and exclude the creation of morphology defects. Optimized ZnS buffer layer showed higher optical transmittance than conventional thick-CdS buffer layer at the short wavelength below ~520 nm. Then, chemically deposited ZnS buffer layer was applied to CIGS solar cell as a alternative for the standard CdS/CIGS device configuration. This CIGS solar cells were characterized by current-voltage and quantum efficiency measurement.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.257.1-257.1
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• 2015

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양 전지에서 buffer layer는 CIGS 흡수층과 TCO 사이의 밴드갭 차이에 대한 문제점과 lattice mismatch를 해결하기 위해 필수적이다. 흔히 buffer layer 물질로는 CdS가 가장 많이 사용되고 있으나 Cd의 독성에 관한 문제가 야기되고 있다. 따라서 ZnS(O, OH) buffer layer가 친환경 물질로 기존의 CdS 버퍼 층의 대체 물질로 각광 받고 있으며, 단파장 범위에서 높은 투과율로 인해 wide band gap의 Chalcopyrite 태양 전지에 응용되는 buffer layer로 많은 연구가 이루어지고 있다. 또한 buffer layer를 최적화 하여 carrier lifetime과 양자 효율이 증가시킬 수 있는 특성을 가지고 있다. 이 연구에서는 Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막에 화학습식공정 (CBD) 방법을 이용하여 최적화된 ZnS(O, OH)의 증착 조건을 찾고, 고품질의 buffer layer를 제조하기 위한 실험에 초점을 맞췄다. 또한, buffer layer의 막질을 개선하고 균일한 막을 제조하기 위해 processing parameters인 시약의 농도, 제조 시간 및 온도 등의 다양한 변화를 통해 실험을 진행하였다. 그 후 최적화된 ZnS(O, OH) buffer layer의 특성 분석을 위해 X-ray diffraction(XRD), photoluminescence (PL), scanning electron microscope (SEM) and GD-OES을 이용하였고, 이를 통해 제조된 CIGS 박막 태양전지는 light induced current-voltage (LIV) and external quantum efficiency (EQE)를 통해 특성 분석을 실시 하였다. 결과적으로, 제조된 ZnS(O, OH) buffer layer의 $ZnSO4{\cdot}7H2O$의 농도는 0.16 M, Thiourea는 0.5 M, NH4OH는 7.5 M, 그리고 반응 온도는 77.5 oC의 조건 하에 CIGS 기판 위에 균일하고 균열이 없는 ZnS(O, OH) 박막을 제조하였으며 이때 제조된 태양전지의 소자 특성은 Voc = 0.478 V, Jsc = 35.79 mA/cm2, FF = 47.77%, ${\eta}=8,18 %$이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.675-675
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• 2013

CIGS thin films have received a great attention as a promising material for solar cells due to their high absorption coefficient, appropriate bandgap, long-term stability, and low cost production. CIGS thin films have been deposited by various methods such as co-evaporation, sputtering, spray pyrolysis and electro-deposition. In this study, Cu(In,Ga)Se2(CIGS) thin films were prepared using a single quaternary target by rf magnetron sputtering. The effect of sulfurization on the structural, compositional and electrical properties of the films was examined in order to develop the deposition process. An optimal sulfurization process will be selected for the preparation of CIGS thin films with good structural, optical and electrical properties by applying various sulfurization processes. In addition, the electrical properties of CIGS thin films were investigated by post-deposition annealing process. The carrier concentration of CIG(SSe) thin films after sulfurization was increased from $10^{14}cm^{-3}$ to $10^{16}cm^{-3}$ and the resistivity was increased from 10 ${\Omega}cm$ to $10^3$ ${\Omega}cm$. It is confirmed that CIG(SSe) thin films prepared at optimal deposition condition have similar atomic ratio to the target value after sulfurization.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제14권7호
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• pp.1647-1652
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• 2010

CdTe 및 Cu(In,Ga)$Se_2$ 박막 태양전지의 창층으로 널리 이용되는 CdS에서 Cd의 일부를 Zn으로 치환하면 두 물질 사이의 전자 친화력의 정합이 향상되고 에너지 밴드 갭이 증가하여 개방전압 및 광전류를 증가시킬 수 있다. 본 연구에서는 태양전지와 같은 광전소자에 적용되는 CdZnS와 CdTe로 구성되는 이종접합 소자를 제작하고 접합에서의 전류 전도기구를 조사하기 위해 온도에 따른 전류-전압 특성을 분석하였다. CdS/CdTe 접합의 전류 흐름은 계면 재결합과 터널링의 조합에 의해 조절되지만 CdZnS/CdTe 접합의 경우 상온 이상의 온도에서는 공핍층에서의 생성/재결합, 상온 이하의 온도에서는 누설 전류나 터널링에 의해 전류 흐름이 제한됨을 알 수 있었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.92-92
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• 2012

Chalcopyrite-type Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) is one of the most attractive compound semiconductor materials for thin film solar cells. Among various approaches to prepare the CIGS thin film, the powder process offers an extremely simple and materials-efficient method. Here, we present the mechano-chemical synthesis of CIGS compound powders and their use as an ink material for screen-printing. During the synthesis process, milling time and speed were varied in the range of 10~600 min and 100~300 rpm, respectively. Both phase evolution and powder characteristics were carefully monitored by X-ray diffraction (XRD) method, scanning electron microscope (SEM) observation, and particle size analysis by scanning mobility particle spectrometer (SMPS) and aerodynamic particle sizer (APS). We found the optimal milling condition as 200 rpm for 120 min but also found that a monolithic phase of CIGS powders without severe particle aggregation was difficult to be obtained by the mechano-chemical milling alone. Therefore, the optimized milling condition was combined with an adequate heat-treatment (300oC for 60 min) to provide the monolithic CIGS powder of a single phase with affordable particle characteristics for the preparation of CIGS thin film. The powder was used to prepare an ink for screen printing with which dense CIGS thin films were fabricated under the controlled selenization. The morphology and electrical properties of the thin films were analyzed by SEM images and hall measurement, respectively.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.443-443
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• 2014

CIS 박막을 제조하기 위한 방법으로 셀렌화(selenization)방식, MOCVD방식, 동시진공증발(co-evaporation)방식, 전착(electrodeposition)방식 등이 있으나, 이러한 방식을 이용하여 CuInSe2 박막을 제조하는 경우 어떤 방법으로든 다원화합물의 조성 및 결정성을 조절하기가 매우 어려운 단점이 있었다. 기판의 온도를 일정 온도로 유지하도록 하고, 증발원을 가열하여 이에 내포된 물질(이원화합물 또는 단일원소)을 증발시켜 기판에 증착이 이루어지도록 하거나, 기판의 온도를 승온시키고 구리 이원화합물을 내포한 증발원을 가열해 물질을 증발시켜 기판에 증착이 이루어지도록 하는 방법으로 기판에 박막이 형성되도록 한다. 기판의 대면적화로 인해 균일한 박막의 형성이 어려워지고 있으며, 이중 15% 이상의 고효율을 보인 방법은 3-stage process를 이용한 동시진공증발방식으로, Cu, In, Ga, Se 등의 각 원소를 동시에 진공 증발시키면서 조성을 조절하여 태양전지에 적절한 전기적, 광학적 특성을 가지는 Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)박막을 증착시키는 방법이다. 일반적으로, 실험실에서 연구되고 있는 장비의 구조는 증발원이 아래에 장착되어서 상향 증착되는 방식이다. 본 연구에서 사용된 장비는 하향 증발원이 측면에 장착되어서 하향 증착되는 방식으로 구성하였다. 증착되는 면방향으로, 적외선온도계(pyrometer)가 설치된 시창(viewport)의 오염 등으로 인하여, 지속적인 공정이 이루어지기 힘든 점을 개선하여 증착기판의 후면에 적외선 온도계를 설치하여 기판의 온도변화를 감지하여 공정에 반영할 수 있도록 하였다. 본 연구에서는 하향식 진공 증발원, 기판후면 온도모니터링모듈 등을 개발 장착하여, CIGS 박막을 제조하였으며, 버퍼층은 moving 스퍼터링법으로 ZnS를 증착하였고, 투명전극층은 PLD(Pulsed Laser Deposition)를 이용하여 제조하였다. 가장 높은 광변환효율을 보인 Al/ZnO/CdS/Mo/SLG박막시료는 유효면적 $0.45cm^2$에 광변환효율 15.65 %, Jsc : $33.59mA/cm^2$, Voc : 0.64 V, FF : 73.09 %를 얻을 수 있었으며, CdS를 ZnS로 대체한 Al/ZnO/ZnS/Mo/SLG박막시료는 유효면적 $0.45cm^2$에 광변환효율 12.45 %, Jsc : $33.62mA/cm^2$, Voc : 0.59 V, FF : 62.35 %를 얻을 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.153-155
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• 2009

In this study, we fabricated the $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) thin-film solar cells by using a polyimide substrate. The CIGS thin-film was deposited on Mo coated polyimide substrate by a 3-stage co-evaporation technique. Because the polyimide shows thermal transformation at about $400^{\circ}C$, the substrate temperature of co-evaporation process was set to below $400^{\circ}C$. Corresponding solar cell showed a conversion efficiency of 7.08 % with $V_{OC}$ of 0.58 V, $J_{SC}$ of 24.99 $mA/cm^2$ and FF of 0.49.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.683-683
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• 2013

박막태양전지의 일종인 CIGS 태양전지는 직접천이형 반도체로 광흡수계수가 $1{\times}10^5cm^{-1}$로 매우 높고, 전기광학적 안정성이 우수하여 실리콘 결정질 태양전지를 대체할 고효율 태양전지로 각광받고 있다. CIGS 태양전지는 광흡수층 공정방법에 따라 다양한 결정구조 및 효율 차이가 나타난다. 본 실험에서는 Sputtering방법으로 금속전구체를 증착하고, Sequential process를 이용하여 고온에서 셀렌화 열처리를 수행하였다. Soda-lime glass 기판에 배면전극으로 Mo를 증착하고, 1단계로 CuIn0.7Ga0.3 조성비의 타겟을 이용하여 Sputtering법으로 $1.0{\sim}1.2{\mu}m$두께의 CIG 전구체를 증착하였다. 2단계로 CIG 전구체에 분자빔증착기를 이용하여 Se를 증착하고, 열처리를 통하여 CIGS 화합물 구조의 박막을 형성시켰다.증착된 CIGS 박막은 광전자분광분석기로 원소의 화학적 결합상태를 확인하고, in-situ 엑스선회절분석을 통해 Se층의 증착두께와 열처리 온도 변화에 따른 CIGS 층의 결정구조 및 결정화도 변화를 분석하였다.

• 한국재료학회지
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• 제32권11호
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• pp.481-488
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• 2022

The Cu₂ZnSn(S_xSe_1-x)₄ (CZTSSe) absorbers are promising thin film solar cells (TFSCs) materials, to replace existing Cu(In,Ga)Se₂ (CIGS) and CdTe photovoltaic technology. However, the best reported efficiency for a CZTSSe device, of 13.6 %, is still too low for commercial use. Recently, partially replacing the Zn²⁺ element with a Cd²⁺element has attracting attention as one of the promising strategies for improving the photovoltaic characteristics of the CZTSSe TFSCs. Cd²⁺ elements are known to improve the grain size of the CZTSSe absorber thin films and improve optoelectronic properties by suppressing potential defects, causing short-circuit current (J_sc) loss. In this study, the structural, compositional, and morphological characteristics of CZTSSe and CZCTSSe thin films were investigated using X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence spectrometer (XRF), and Field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), respectively. The FE-SEM images revealed that the grain size improved with increasing Cd²⁺ alloying in the CZTSSe thin films. Moreover, there was a slight decrease in small grain distribution as well as voids near the CZTSSe/Mo interface after Cd²⁺ alloying. The solar cells prepared using the most promising CZTSSe absorber thin films with Cd²⁺ alloying (8 min. 30 sec.) exhibited a power conversion efficiency (PCE) of 9.33 %, J_sc of 34.0 mA/cm², and fill factor (FF) of 62.7 %, respectively.