• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.23 no.3
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• pp.57-61
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• 2016

In order to protect the solar cells from the moisture and oxygen, we evaluated the electrical and optical properties for the $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) solar cells which were prepared by the spray coating method. Generally, the EVA (ethylene-vinyl acetate) films are laminated to protect the CIGS flexible solar cells, which results in a high cost process due to complicated devices. In this study, we tried to prepare the protection layers of the flexible CIGS flexible solar cells by using spray coating method instead of conventional laminating films in order to reduce the device weight as well as the process time. The CIGS solar cells with spray coating method showed an enhanced efficiency than the before treated sample (2.77% to 2.93%) and relatively proper water vapor transmission rate of the solar cells about 62.891 gm/[$m^2-day$].

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.398.1-398.1
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• 2014

The $Cu_2ZnSnSe_4$ (CZTSe) thin films solar cell is one of the next generation candidates for photovoltaic materials as the absorber of thin film solar cells because it has optimal bandgap (Eg=1.0eV) and high absorption coefficient of $10^4cm^{-1}$ in the visible length region. More importantly, CZTSe consists of abundant and non-toxic elements, so researches on CZTSe thin film solar cells have been increasing significantly in recent years. CZTSe thin film has very similar structure and properties with the CIGS thin film by substituting In with Zn and Ga with Sn. In this study, As-deposited CZTSe thin films have been deposited onto soda lime glass (SLG) substrates at different deposition condition using Pulsed Laser Deposition (PLD) technique without post-annealing process. The effects of deposition conditions (deposition time, deposition temperature) onto the structural, compositional and optical properties of CZTSe thin films have been investigated, without experiencing selenization process. The XRD pattern shows that quaternary CZTSe films with a stannite single phase. The existence of (112), (204), (312), (008), (316) peaks indicates all films grew and crystallized as a stannite-type structure, which is in a good agreement with the diffraction pattern of CZTSe single crystal. All the films were observed to be polycrystalline in nature with a high (112) predominant orientation at $2{\theta}{\sim}26.8^{\circ}$. The carrier concentration, mobility, resistivity and optical band gap of CZTSe thin films depending on the deposition conditions. Average energy band gap of the CZTSe thin films is about 1.3 eV.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.48 no.4
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• pp.328-333
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• 2011

The influence of Al-doped ZnO (AZO) thin films degraded under high temperature and damp heat on the performance deterioration of Cu(In,Ga)$Se_2$ (CIGS) solar cells was investigated. CIGS solar cells with AZO/CdS/CIGS/Mo structure were prepared on glass substrate and exposed to high temperature ($85^{\circ}C$) and damp heat ($85^{\circ}C$/85% RH) for 1000 h. As-prepared CIGS solar cells had 64.91% in fill factor (FF) and 12.04% in conversion efficiency. After exposed to high temperature, CIGS solar cell had 59.14% in FF and 9.78% in efficiency, while after exposed to damp heat, it had 54.00% in FF and 8.78% in efficiency. AZO thin films in the deteriorated CIGS solar cells showed increases in resistivity up to 3.1 times and 4.4 times compared to their initial resistivity after 1000 h of high temperature and damp heat exposure, respectively. These results can be explained by the decreases in carrier concentration and mobility due to diffusion or adsorption of oxygen and moisture in AZO thin films. It can be inferred that decreases in FF and conversion efficiency were caused by an increase in series resistance, which resulted from an increase in resistivity of AZO thin films degraded under high temperature and damp heat.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.30 no.10
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• pp.625-630
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• 2017

ZnS was chemically deposited as a buffer layer alternative to CdS, for use as a Cd-free buffer layer in $Cu(In_{1-x}Ga_x)Se_2$ (CIGS) solar cells. The deposition of a thin film of ZnS was carried out by chemical bath deposition, following which the structural and optical properties of the ZnS layer were studied. For the experiments, zinc sulfate hepta-hydrate ($ZnSO_4{\cdot}7H_2O$), thiourea ($SC(NH_2)_2$), and ammonia ($NH_4OH$) were used as the reacting agents. The mole concentrations of $ZnSO_4$ and $SC(NH_2)_2$ were fixed at 0.03 M and 0.8 M, respectively, while that of ammonia, which acts as a complexing agent, was varied from 0.3 M to 3.5 M. By varying the mole concentration of ammonia, optimal values for parameters like optical transmission, deposition rate, and surface morphology were determined. For the fixed mole concentrations of $0.03M\;ZnSO_4{\cdot}7H_2O$ and $0.8M\;SC(NH_2)_2$, it was established that 3.0 M of ammonia could provide optimal values of the deposition rate (5.5 nm/min), average optical transmittance (81%), and energy band gap (3.81 eV), rendering the chemically deposited ZnS suitable for use as a Cd-free buffer layer in CIGS solar cells.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.29-29
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• 2010

건물일체형 태양전지 (BIPV; building integrated photovoltaics)나 야외 태양광 발전 차양 등의 태양광 발전에는 기존의 유리 기판 태양전지보다 가볍고 유연한 flexible 박막 태양전지가 설치하고 운영하는데 적합하다. 이러한 flexible 박막 태양전지는 자동차나 휴대기기의 전원이나 배터리의 충전기기로도 쓰이며 그 수요가 증가 추세에 있다. 특히, flexible Cu(In, Ga)$Se_2$(CIGS) 박막 태양전지는 기존의 flexible 실리콘 박막 태양전지보다 효율이 높아서 앞으로 성장 잠재력이 매우 높다. 세계적으로도 많은 기업이 상용화를 추진하고 있으며, 2007년부터 시장에 진입하고 있다. 그러나 현재의 flexible CIGS 박막 태양전지는 유리 기판 CIGS 박막 태양전지보다 효율이 낮고 패키지를 유리에서 플라스틱으로 대체하기 때문에 수명이 짧다. 또한, 아직도 완전한 양산 체제로 전환이 이루어지지 않았기 때문에 해결해야 할 문제점이 많이 있다. Flexible 기판으로는 스테인리스 스틸이나 폴리머 기판이 사용되는데, 유리 기판에 비해 저가 태양전지를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 roll-to-roll 공정을 적용할 수 있어 가격 경쟁력을 확보할 수 있다. 특히, 금속 유연기판을 사용할 경우, 유리 기판에 비해 상대적으로 고온 공정이 가능한 장점이 있다. 그러나, 금속 기판을 사용할 경우 해결해야 할 두 가지 이슈가 있다. 첫째, CIGS 흡수층 형성에 도움을 주는 Na의 공급 문제이다. 유리 기판의 경우 기판에 포함되어 있는 Na이 확산을 통해 공급되지만, 금속 기판의 경우 별도의 Na 공급 방법을 고려해야 한다. 둘째, 불순물 확산 방지막 및 전기 절연층으로 사용되는 유전체 박막의 문제이다. 현재 다양한 금속 산화물 유전체 박막을 사용한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 flexible CIGS 박막 태양전지의 기술적 이슈 및 현재 연구 현황을 살펴보고, 스테인리스 스틸 기판을 이용한 CIGS 박막 태양전지에서 유전체 확산 방지막에 따른 특성을 비교하고자 한다. 스테인리스 스틸 기판의 불순물로부터의 확산을 방지하기 위하여 두 종류(intrinsic ZnO와 SiOx)의 유전체 박막을 각각 Na가 도핑된 Mo층과 스테인리스 스틸 기판 사이에 삽입하여 소자를 제작하였다. 확산 방지막이 없는 경우, SiOx층을 사용한 경우, 그리고 intrinsic ZnO 층을 사용한 경우에, 효율은 각각 7.47, 11.64, and 13.95%로 나타났다. 셀의 크기는 $0.47\;cm^2$이고, 반사방지막은 사용하지 않았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.593-593
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• 2012

CIGS 박막 태양전지는 일반적으로 soda-lime glass(SLG)를 기판으로 사용하여 SLG/Mo/CIGS/CdS/ZnO/ITO/Grid의 구조로 제작된다. 하지만 SLG를 기판으로 사용할 경우, 유리의 특성상 무게가 무겁고, 유연성이 없기 때문에 건축물 적용에 적합하지 않다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 가볍고 유연한 금속 및 폴리이미드 기판을 이용한 CIGS 태양전지가 널리 연구되고 있다. 그러나, 폴리이미드 기판의 경우, 특성이 우수한 CIGS 박막을 얻기 위한 고온 공정을 사용할 수 없기 때문에 이에 대한 고려가 필요하다. 본 논문에서는 CIGS 박막 태양전지 제작을 위한 폴리이미드 기판의 특성과 그 위에 형성한 후면 전극의 특성을 논의하고자 한다. 4종류의 폴리이미드 기판에 대한 열 특성을 시차주사열량계(differential scanning calorimeter)와 열중량분석기(thermogravimetric analysis), 열기계분석기(thermo mechanical anaylsis)를 이용해 분석하였다. 또한 Mo 후면 전극을 DC-sputter를 이용해 형성한 후, XRD와 AFM, 4-point probe를 이용하여 결정성 및 표면 거칠기, 면저항을 분석하였다. 결정성과 거칠기는 SLG에 증착했을 때와 동일한 결과를 보였으며, 면저항은 폴리이미드 필름에 증착 할 경우 더 크게 측정되었다. 본 연구는 중소기업청 산연기술개발사업(SL122689) 및 과학기술연합대학원대학교(UST)의 지원을 받아 수행된 "공동연구 지원사업"의 연구결과입니다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2003.05a
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• pp.14-14
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• 2003

Silicon carbide (SiC)는 높은 power 영역과 높은 온도영역에서도 작동 가능한 우수한 반도체 물질이다. 또한 우수한 열적 화학적, 안정성을 가지고 있어 가흑한 조건에서의 소자로써도 사용 가능하다. 현재 SiC 적용분야로는 우수한 전기적, 기계적 성질을 이용한 미세소자(MEMS)와 GaN 와 거의 유사한 격자상수를 가지는 것을 이용한 GaN epitaxial 성장의 기판으로도 사용되어진다. 그러나 SiC 는 기존의 습식식각 용매에 대해 화학적 안정성을 가지고 있기 때문에 전자소자의 제작에 있어서 플라즈마를 이용한 건식식각의 중요성이 대두되어지고 있다. 소자제작에 있어 이러한 건식식각시 식각 단면의 제어, 이온에 의한 낮은 손상 정도, 매끄러운 식각 표면, 그리고 고속의 식각 속도둥이 요구되어진다. 본 실험에서는 식각 속도의 증가와 수직한 식각 단면둥을 획득하기 위하여 SF6 플라즈마에서 Source power, dc bias voltage, 그리고 외부에서 인가되는 자속의 세기를 변화시쳐가며 식각 속도, 식각 마스크와의 식각 션택비, 식각 단면둥과 같은 SiC 의 식각 특성을 관찰하였다. 식각 후 식각 단면은 주사전자 현미경(SEM)을 통해 관찰하였다. 본 실험에서의 가장 높은 식각 속도는 분당 1850n 로써 이때의 공정조건은 1400W 의 inductive power, -600V 의 dc bias voltage, 20G 의 외부자속 세기이었다. 또한, 높은 inductive power 조건과 낮은 dc bias voltage 조건에서 Cu는 $SF_6$ 플라즈마 내에서 식각부산물의 증착으로 인해 SiC 와 무한대의 식각선택비를 보였다. 이러한 Cu 마스크를 사용한 SiC 의 식각에서는 식각 후 수직한 식각 단변을 관찰할 수 있었다. 것올 알 수 있다. 따라서, 기존의 pve 보다 세라믹 기판의 경우가 수분 흡수율이 높아 더 오랫동안 전류를 흐르게 하여 방식성이 개선된 것으로 판단된다.을 통해 경도가 증가한 시편의 경우 석출상의 크기가 5nm 이하로 매우 작고 대체로 기지와 연속적인 계면을 형성하나, 열처리가 진행될수록 석 출상의 크기가 커지고 임계크기 이상에 이르면 연속적인 계면은 거의 발견되지 않고, 대부 분 불연속적이고 확연한 계면을 형성함을 관찰 할 수 있었다. 알루미나(${\alpha}-Al_2O_3$) 기판 위에 증착한 $(Ti_{1-x}AI_{x})N$ 피막은 마찬가지로 (200) 우선 방위를 나타내었으나, 그 입자의 크기가 수십 nm로 고속도강위에 증착한 피막에 비해 상당히 크게 형성되었다. 또한 열처리 후에 AIN의 석출이 진행됨에도 불구하고 경도 증가는 나타나지 않고, 열처리가 진행됨에 따라 경도가 감소하는 양상만을 나타내었다. 결국 $(Ti_{1-x}AI_{x})N$ 피막이 열처리 전후에 보아는 기계적 특성의 변화 양상은 열역학적으로 안정한 Wurzite-AlN의 석출에 따른 것으로 AlN 석출상의 크기에 의존하며, 또한 이러한 영향은 $(Ti_{1-x}AI_{x})N$ 피막에 존재하는 AI의 함량이 높고, 초기에 증착된 막의 업자 크기가 작을 수록 클 것으로 여겨진다. 그리고 환경의 의미의 차이에 따라 경관의 미학적 평가가 달라진 것으로 나타났다.corner$적 의도에 의한 경관구성의 일면을 확인할수 있지만 엄밀히 생각하여 보면 이러한 예의 경우도 최락의 총체적인 외형은 마찬가지로 $\ulcorner$순응$\lrcorner$의 범위를 벗어나지 않는다. 그렇기 때문에

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.106.1-106.1
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• 2011

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, 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. Among Cd-free candidate materials, the CIGS thin film solar cells with ZnS buffer layer seem to be promising with 17.2%(module by showa shell K.K.), 18.6%(small area by NREL). However, ZnS/CIGS solar cells still show lower performance than CdS/CIGS solar cells. There are several reported reasons to reduce the efficiency of ZnS/CIGS solar cells. Nakada reported ZnS thin film had many defects such as stacking faults, pin-holes, so that crytallinity of ZnS thin film is poor, compared to CdS thin film. Additionally, it was known that the hetero-interface between ZnS and CIGS layer made unfavorable band alignment. The unfavorable band alignment hinders electron transport at the heteo-interface. In this study, we focused on growing defect-free ZnS thin film and for favorable band alignment of ZnS/CIGS, bandgap of ZnS and CIGS, valece band structure of ZnS/CIGS were modified. Finally, we verified the photovoltaic properties of ZnS/CIGS solar cells.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.245-245
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• 2015

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 높은 효율과 낮은 제조비용, 높은 신뢰성으로 인해 박막 태양전지 중 가장 각광받고 있다. 특히 유리기판 대신 가볍고 유연한 철강소재나 플라스틱 소재를 이용하여 발전분야 외에 건물일체형, 수송용, 휴대용등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 이러한 유연 기판을 이용한 CIGS 태양전지의 개발을 위해서는 기판의 특성에 따른 다양한 공정개발이 선행되어야 한다. 특히 CIGS 태양전지에서는 Na의 역할이 매우 중요한데 유연기판의 경우 이러한 Na이 없을 뿐만 아니라 철강기판의 경우 Fe, Ni, Cr등의 불순물이 확산되어 흡수층의 특성을 저하시켜 효율을 감소시킨다. 따라서 이러한 철강 기판의 경우 불순물의 확산을 방지하는 확산방지막이 필수적이다. 또한 플라스틱기판의 경우 내열성이 낮아 저온에서 공정을 진행해야하는 단점이 있다. 이러한 유연기판의 특성을 고려하여 본 연구에서는 유연기판으로 STS 430 stainless steel과 poly-imide를 이용하여 특성 개선을 진행하였다. 먼저 stainless steel과 Poly-imide, soda-lime glass, coning glass의 기판을 이용하여 기판에 따른 흡수층의 특성을 비교 분석하였으며 stainless steel 기판을 이용하여 확산 방지막의 유무 및 두께에 따른 흡수층 및 소자의 특성을 분석하였다. 이때 확산 방지막은 기존 TCO 공정에서 사용되는 i-ZnO를 사용하였으며 RF sputter를 이용하여 50~200nm로 두께를 달리하며 특성 비교를 실시하였다. 이때 효율은 확산방지막을 적용하지 않았을 때 약 5.9%에서 확산 방지막 적용시 약 10.6%로 증가하였다. 또한 poly-imide 기판을 이용하여 $400^{\circ}C$이하에서 흡수층을 제조하여 특성평가를 진행하였으며 소자 제조 후 효율은 약 12.2%를 달성하였다. 모든 흡수층은 Co-Evaporation 방법을 이용하여 제조하였으며 제조된 흡수층은 SEM, XRF, XRD, GD-OES, PL, Raman등을 이용하여 분석하였으며 그 외 일반적인 방법을 이용하여 Mo, CdS, TCO, Al grid를 제조하였다. AR 코팅은 제외 하였으며 제조된 소자는 솔라 시뮬레이터를 이용하여 효율 특성 분석을 실시하였으며 Q.E. 분석을 실시하였다.