• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.21 no.3
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• pp.136-141
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• 2012

We report investigation of structural and optical characteristics of $In_2Se_3$ thin films fabricated by thermal annealing process. Indium (In) is deposited on substrates by sputtering methods and $In_2Se_3$ thin films are fabricated by thermal annealing it with selenium vapor. The annealing temperature was changed from $150^{\circ}C$ to $400^{\circ}C$. We observe formation and phase changes of $In_2Se_3$ thin films with increase of annealing temperature. Conglomeration of In is observed at low annealing temperature (${\leq}150^{\circ}C$). $In_2Se_3$ phases are started to form at $200^{\circ}C$ and ${\gamma}-In_2Se_3$ phase form at $350^{\circ}C$. High-quality ${\gamma}-In_2Se_3$ thin film with wurtzite structure is obtained at $400^{\circ}C$ of annealing temperature. Furthermore, we confirm that band gaps of $In_2Se_3$ thin films are increased according to increase of annealing temperature. Optical band gap of high-quality ${\gamma}-In_2Se_3$ is found to be 1.796eV.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.285-285
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• 2010

$Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) 박막 태양전지 제조에는 동시증발법 (co-evaporation)으로 Cu, In, Ga, Se 각 원소의 증발을 세 단계로 제어하여 CIGS 박막을 증착하는 3-stage 방법이 널리 이용된다[1]. 3-stage 중 1st-stage에서는 In, Ga, Se 원소 만을 증발시켜 $(In,Ga)_2Se_3$ 전구체 (precursor) 박막을 성장시킨다. 고효율의 CIGS 태양전지를 위해서는 $(In,Ga)_2Se_3$ 전구체 증착의 공정 변수와 이에 따른 박막 특성의 이해가 중요하다. 본 연구에서는 Mo 박막이 증착된 소다석회유리 (soda lime glass) 기판에 동시증발장비를 이용하여 280 380 의 기판 온도에서 In, Ga, Se 물질을 증발시켜 $(In,Ga)_2Se_3$/Mo/glass 시료를 제작하였으며 XRD, SEM, EDS 등의 방법을 이용하여 특성을 분석하였다. XRD 분석 결과 기판 온도 $280{\sim}330^{\circ}C$에서는 $(In,Ga)_2Se_3$ 박막의 (006), (300) 피크가 관찰되었으며, 기판 온도가 증가할수록 (006) 피크 세기는 감소하였고 (300) 피크 세기는 증가하였다. $380^{\circ}C$에서는 (110)을 포함한 다수의 피크가 관찰되었다. 그레인 (grain) 크기는 기판 온도가 증가할수록 커지며 Ga/(In+Ga) 조성비는 기판 온도에 따라 일정함을 각각 SEM과 EDS 측정을 통해 알 수 있었다. $(In,Ga)_2Se_3$ 전구체의 (300) 배향은 CIGS 박막의 (220/204) 배향을 촉진하고[2], 이것은 높은 광전변환효율에 기여하는 것으로 알려져 있다. 때문에 $(In,Ga)_2Se_3$의 (300) 피크의 세기가 가장 큰 조건인 $330^{\circ}C$를 1st-stage 증착 온도로 하여 3-stage CIGS 태양전지 공정을 수행하였으며, $MgF_2$/Al/Ni/ITO/i-ZnO/CdS/CIGS/Mo/glass 구조의 셀에서 광전변환효율 16.96%를 얻었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.3 no.2
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• pp.203-206
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• 1994

동시증착법으로 성장한 CuIn3Se5 박막의 구조 및 광학적 특성을 XRD, SEM 광투과 및 광반사 측정으로부터 조사하였다. XRD 측정에 의하면 CuIn3Se5 는 정열된 Cu 빈자리와 Cuqls자리에 in으로 대 치되는 defect chalcopyrite 구조임이 확인디었다. 또한 광흡수 측정으로부터 CuIn3Se5 는 금지대내에서 직접 전이에 의한 광흡수 특성을 보여주며 이때 에너지띠 간격은 1.27ev 이었다. CuIn3Se5 박막에 대한 연구결과들은 CuInSe2 의 결과들과 비교하여 논의하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.370-370
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• 2011

I-III-IV2족의 Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 3단계(three-stage) 동시증발공정을 통하여 약 19.9%의 최고의 효율을 보유하고 있다. 3단계 공정에 있어 IV2족 Se의 증발 속도 또는 증착압력은 우선 배향성 제어 및 표면 미세구조 영향 등에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 CIGS 박막 합성을 위한 3단계 공정에서 각 단계별 Se 분압의 변화를 주어, 각 공정 단계에서 Se 분압의 변화가 CIGS 박막의 미세구조 및 셀 효율에 미치는 영향을 분석하였다. 3단계 공정에서 Cu, In, Ga 분압은 고정시키고, Se 분압의 크기 순서대로 1, 2, 3으로 변화시켜 CIGS 박막을 제조하였다. 이 박막의 미세구조, 특히, 우선 배향성, 표면의 기공, 결정성을 제어 하기 위하여 3단계 공정에서 1st stage 이후 Se 분압을 증가시키는 방법($3{\rightarrow}1$, $2{\rightarrow}1$)과 1st stage 이 후 Se 분압을 감소시키는 방법($1{\rightarrow}3$, $1{\rightarrow}2$)을 적용하여 비교하였다. 그 결과 3단계에서 1st stage 이후 Se 분압을 증가시킴으로써 (220)/(204)의 우선 배향성을 촉진시키며, 결정성을 개선하였고, 1st stage 이후 Se 분압을 감소시킴으로써 CIGS 박막 표면의 기공을 제거하고, 결정성을 향상시켰다. 이렇게 1st stage이 후 Se 분압을 증가시킴으로써 (220)/(204)의 우선 배향성의 촉진과 결정성 개선은 단락 전류(Jsc)를 증가시켰으며, 1st stage 이후 Se 분압을 감소시킴으로써 CIGS 박막 표면의 기공을 제거와 결정성 개선은 개방전압(Voc)의 증가효과를 가져왔다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.5 no.8
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• pp.988-996
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• 1995

CuInSe$_2$this films as a light absorber layer were fabricated by vacuum evaporation using In$_2$Se$_3$and Cu$_2$Se precursors and their properties were analyzed. Indium selenide films of 0.5${\mu}{\textrm}{m}$ thickness were first deposited by vacuum evaporation of In$_2$Se$_3$ on a Corning 7059 glass substrate. The films deposited at suscepor temperature of 40$0^{\circ}C$ showed a flat surface morphology with densely Packed grain structure. CuInSe$_2$films directly formed by evaporating Cu$_2$Se on the predeposited In$_2$Se$_2$films also showed a very flat surface when the susceptor temperature was $700^{\circ}C$. Cu$_2$Se, a second phase in the CuInSe$_2$film, was removed by evaporating additional In$_2$Se$_3$on the CuInSe$_2$film at $700^{\circ}C$. The grain size of 1.2${\mu}{\textrm}{m}$ thick CuInSe$_2$, film was about 2${\mu}{\textrm}{m}$ and the film had a (112) preferred orientation. As the amount of deposited In$_2$Se$_3$increased, the electrical resistivity of CuInSe$_2$films increased because of the decrease of hole concentration. But the optical band gap was almost constant at the value of 1.04eV, The CuInSe$_2$film grown on a Mo/glass substrate had a similar smooth microstructure compared to that on a glass substrate. A solar cell with ZnO/CdS/CuInSe$_2$/Mo structure may be realized based on the above CuInSe$_2$films.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.374-374
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• 2011

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 일반적으로 Soda lime glass/Mo/CIGS/CdS/ZnO/ITO/Al의 구조로 제작된다. 태양전지는 p형과 n형 반도체의 접합에 의해서 동작을 하게 되며, CIGS 박막 태양전지에서는 p형으로 CIGS 박막과 n형으로 CdS 박막이 사용된다. CIGS 박막태양전지에서는 p형과 n형이 서로 다른 물질로 이루어진 이종접합을 이루게 되고, 계면에서의 밴드가 어떻게 형성이 되느냐에 따라 태양전지 성능에 영향을 미치게 된다. p형의 CIGS 박막은 주로 다단계 증발법에 의해 형성되고 3단계 공정조건에 의해 계면의 특성에 많은 영향을 미치게 된다. n형의 CdS 박막은 주로 chemical bath deposition (CBD) 법에 의해 제작된다. 이렇게 제작되는 CBD-CdS는 시약의 농도, pH (수소이온농도), 박막 형성시의 온도 등의 조건에 따라 특성이 변하게 된다. 본 논문에서는 3단계 공정시간을 변화시켜 제작된 CIGS 박막 위에 CBD-CdS 증착 조건 중 thiourea 의 농도를 변화시켜 CIGS 태양전지를 제작하고 그에 따른 특성을 살펴보았다. CIGS 박막은 3단계 공정시간을 490초와 360초로 하여 제작하였고, CdS 박막은 thiourea 농도를 각각 0.025 M과 0.05 M, 0.074 M, 0.1 M로 변화시켜가며 제작하였다. 제작된 CIGS 박막 태양전지는 CIGS 3단계 공정시간과 thiourea의 조건에 따라 최고 15.81%, 최저 14.13%로 나타내었다. 또한, 외부양자효율을 측정하여 제작된 CIGS 박막 태양전지의 파장에 따른 특성을 비교하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.11a
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• pp.566-569
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• 2006

태양전지는 태양광에너지를 바로 전기에너지로 전환시키는 소자이다. 과거에 많이 연구되던 고품질의 단결정 소자는 높은 에너지 변환효율을 가지고 있으나 가격 경쟁력이 크게 뒤져 일반화되지 못하였다. 최근에는 다결정 태양전지의 응웅 가능성에 대한 연구가 활발히 진행되어 오고 있다. 이중 $CuInSe_2$는 여러 가지 좋은 물성을 가지고 있어서, 저가의 고효율 태양전지를 위한 광흡수층 재료로 가장 주목받고 있다. $CuInSe_2$ 화합물 박막을 제조하기 위해 단위원소를 spttering법 과 Evaporeation법을 사용하여 증착하고 전기로에서 열처리 공정을 사용하여 single-phase 화합물 $CuInSe_2$ 박막을 얻고자 하였다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.16 no.10
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• pp.2273-2279
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• 2012

This research is based on fabricating Cu(In,Ga)$Se_2$ thin-film by co-evaporation method. On $1^{st}$ - stage, $In_2Se_3$ phase appeared when the substrate temperature reached to $400^{\circ}C$, however, there was small effect between the substrate temperature and absorbency spectrum on $2^{nd}$, $3^{rd}$ - stage because the average thickness of the thin-film was $1{\mu}m$ or higher. SEM and XRD was measured on $2^{nd}$ and $3^{rd}$ stage and it showed as the substrate temperature increases, the density of the crystal structure increased with the decreament of the vacancy. Furthermore, the formation of Cu(In0.7Ga0.3)$Se_2$ phase showed at $480^{\circ}C$ and $500^{\circ}C$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.585-585
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• 2012

$Cu(In_{1-x}Ga_x)Se_2$(CIGS) 박막 태양전지는 Chalcopyrite 계 박막 태양전지로 Cu, In, Ga, Se 각 원소의 조성을 적절히 조절하여 박막을 성장시킨다. 성장시킨 CIGS 박막은 광흡수계수가 $10^5cm^{-1}$로 다른 물질보다 뛰어나고 직접 천이형 반도체로서 얇은 두께로도 고효율의 박막 제작이 가능하다. CIGS 태양전지를 제조하는 방법은 3-stage 동시 증착법, 금속 전구체의 셀렌화 공정법, 전기 증착법 등이 있다. 그 중에 금속 전구체의 셀렌화 공정법은 다른 제조 방법에 비해 대면적 생산에 유리한 장점이 있다. 하지만 아직 상대적으로 3-stage 동시 증착법에 비해 낮은 에너지 변환 효율이 보고된다. 본 실험에서는 기존의 금속 전구체의 셀렌화 공정법과는 달리 전구체 증착과 셀렌화 공정을 동시에 하고, Se cracker를 통하여 Se 원료를 주입하는 방식인 반응성 스퍼터링 공정에서 reservoir zone의 온도 변화에 따른 특성을 분석하였다. Se cracker의 reservoir zone 온도가 증가할수록 Cu/(In+Ga) 비가 증가한다. CIGS 박막 태양전지의 구조는 Al/Ni/ITO/i-ZnO/CdS/CIGS/Mo/Soda lime glass이다. CIGS 박막의 조성비가 Cu/(In+Ga)=0.89, Ga/(In+Ga)=0.17인 박막 태양전지에서 개방전압 0.34 V, 단락전류밀도 $32.61mA/cm^2$, 충실도 56.2% 그리고 변환 효율 6.19%를 얻었다. 본 연구는 2011년도 지식경제부의 재원으로 한국에너지 기술평가원(KTEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니다(No.20093020010030).

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.43.1-43.1
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• 2011

Cu(In,Ga)$Se_2$, $CuInS_2$ 등의 CIS계 화합물 박막 소재를 활용한 태양전지는 높은 광흡수 계수, 상대적으로 높은 변환 효율 및 미래의 잠재적 변환 효율, 화학적 안정성, 도시적인 미관 등의 장점으로 인하여 활발한 연구 및 양산화가 진행 중에 있다. CIGS 박막 태양전지 내에서 광생성된 캐리어들의 재결합 메커니즘을 이해하고 태양에너지의 변환 중 에너지 손실을 더욱 줄이기 위해서는 CIGS 태양전지의 결함 특성에 대한 규명이 중요하며, 이차상의 분리, 셀렌화, Na 확산 등과 같이 CIGS 화합물 박막이 성장하는 동안 일어나는 현상들과 결함발생 사이의 관계에 대한 체계적인 연구가 필수적이다. 특히, CIGS 박막 성장 공정 중 Se flux는 CIGS 막의 성장과 소자의 전기적 파라미터에 영향을 미치므로, Se 조절 및 이에 관련된 결함들을 이해하는 것은 CIGS 박막 태양전지의 전기적 특성을 향상시키는 중요한 열쇠가 된다. 본 연구에서는 3단계 동시증발공정을 이용하여 CIGS 박막 태양전지를 제조 분석하여, 공정 중기판온도 및 Se flux가 CIGS 박막 성장에 미치는 영향을 파악하고자 하였으며, 이를 통한 공정조건 최적화로 CIGS 박막 태양전지의 특성을 향상시키고 고효율을 달성할 수 있음을 확인하였다.