• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.313-316
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• 2007

본 연구에서는 Cu와 In 성분을 포함하는 메탄올 용액을 닥터 블레이딩 방법으로 코팅한 후 이를 Se Evaporator 열처리하여 CIS 광흡수층을 제조하였다. $Cu(NO_{3})_{2}$, $INCl_{3}$ 를 출발 물질로 선정하고, 이를 메탄올 용매에 녹여 전구체 용액을 만든 후, 여기에 유기물 바인더 물질을 첨가하여 닥터 블레이드 코팅에 적합한 점도를 맞춘 후, 이를 Mo/glass 기판에 코팅하였다. 코팅된 Cu, In 함유 유기물 혼합체를 공기중에서 1차 열처리 한 후 Evaporator 를 이용해 Selenization 하여 태양전지용 CIS 광흡수층을 만들었다. 본 연구에서는 전구체 합성, 유기물 첨가, 공기중 열처리 및 Se 열처리 각 단계에서 광흡수층 막의 형상, 결정구조, 화학조성의 변화과정을 분석하여 CIS 박막의 형성 과정을 고찰하였다. 특히 Se 증발 온도가 CIS막의 특성과 조성에 미치는 영향을 분석하여, 최적의 셀렌화 조건을 도출하고자 하였다.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.42 no.1
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• pp.39-46
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• 2005

We fabricate and analyze fully depleted optical thyristors (DOTs) using quarter wavelength reflector stacks (QWRS). QWRS are employed as bottom mirrors to enhance the emission efficiency as well as the optical sensitivity. In order to analyze their switching characteristics, S-shape nonlinear current-voltage curves are simulated and the reverse full-depletion voltages (Vneg's) of DOTs are obtained as function of semiconductor parameters by using a finite difference method (FDM). The fabricated DOTs show sufficient nonlinear s-shape I-V characteristics and switching voltage changes of these devices with and without bottom mirrors show 1.82 V and 1.52 V, respectively. Compared to a conventional DOT, this device with the bottom mirrors shows about 20％ and 46% enhancement in switching voltage change and spontaneous emission efficiency, respectively.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.23 no.2
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• pp.108-113
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• 2013

Chalcopyrite material $CuInSe_2$ (CIS) is known to be a very prominent absorber layer for high efficiency thin film solar cells. Current interest in the photovoltaic industry is to identify and develop more suitable materials and processes for the fabrication of efficient and cost-effective solar cells. Various processes have been being tried for making a low cost CIS absorber layer, this study obtained the CIS nanoparticles using commercial powder of 6 mm pieces for low cost CIS absorber layer by high frequency ball milling and cryogenic milling. And the CIS absorber layer was prepared by paste coating using milled-CIS nanoparticles in glove box under inert atmosphere. The chalcopyrite $CuInSe_2$ thin films were successfully made after selenization at the substrate temperature of $550^{\circ}C$ in 30 min, CIS solar cell of Al/ZnO/CdS/CIS/Mo structure prepared under various deposition process such as evaporation, sputtering and chemical vapor deposition respectively. Finally, we achieved CIS nanoparticles solar cell of electric efficient 1.74 % of Voc 29 mV, Jsc 35 $mA/cm^2$ FF 17.2 %. The CIS nanoparticles-based absorber layers were characterized by using EDS, XRD and HRSEM.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.346-349
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• 2007

치밀한 $CuInSe_{2}$ (CIS) 태양전지용 광흡수층을 제조하기 위해 상용되는 출발물질을 이용하여 비진공방식인 paste coating 법으로 CIS 막을 제조하였다. 먼저 치밀한 CIS 막 제조를 위해 $Cu_{2}Se$의 액상 거동을 관찰하였다. 이러한 $Cu_{2}Se_{2}$의 액상거동을 위해 Se 분위기에서 Se 증발온도, 기판온도, 열처리시간 등을 다양하게 변화 시켰으며, Se 증발온도 $450^{\circ}C$, 기판온도 $550^{\circ}C$, 열처리시간 30분 그리고 수송가스 ($N_{2}$)를 20 sccm으로 최적조건을 형성하였다. 이러한 최적조건을 바탕으로 치밀한 CIS막을 위해 two-zone RIP (rapid temperature process) 방법으로 Se 분위기 안에서 셀렌화를 위한 열처리를 행하였다. 셀렌화를 위해 다양한 열처리시간에 따라 형성된 CIS 막은 CIS 광흡수층과 Mo 박막 사이에서 $MoSe_{2}$ 층이 형성되었지만, 균일한 CIS 막을 얻었으며 업자성장과 치밀화 거동을 관찰 하였다. 또한, CIS 막의 치밀화를 위해 Se 증발온도와 열처리시간을 고정하고 기판온도를 $600^{\circ}C$로 증가시켜 $Cu_{2}Se$의 액상거동을 관찰하였다. $600^{\circ}C$에서 형성된 CIS 막은 기판온도 $500^{\circ}C$의 시편보다 입자성장과 치밀화가 되었으나 기판으로 사용하는 soda-lime glass의 휨 현상이 발생하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.11a
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• pp.66-66
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• 2003

실리콘 박막 태양전지는 저가, 대면적 생산이 가능해 최근 주택용, 발전용의 차세대 태양전지로써 부각되고 있다. 그러나, 단결정, 다결정 태양전지에 비해 상대적으로 낮은 효율특성 때문에 그 특성을 향상시키고자 하는 다양한 연구가 진행되고 있다. 비정질/마이크로결정질 실리콘 박막 태양전지에서 광흡수층으로 사용되는 i층은 광흡수를 최대화하기 위해 암전류($\sigma$$_{d}$)가 낮고 광전류($\sigma$$_{ph}$ )가 높은, 즉, 광민감도($\sigma$$_{ph}$ /$\sigma$$_{d}$)가 높은 박막을 적용해야 한다. 한편, 도핑된 윈도우층의 경우에는 넓은 밴드갭을 갖도록 하여 윈도우층에서의 광흡수가 최소화되도록 박막을 형성해야 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.97.2-97.2
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• 2010

유리기판을 이용하여 제조되는 미세 결정질 실리콘 박막 태양전지에서 진성 반도체층(i ${\mu}c$-Si:H layer, i층)은 태양전지의 광 흡수층으로 사용되기 때문에 그 특성은 매우 중요하다. 특히, i층의 결정분율 변화는 태양광의 흡수파장 및 효율을 결정하여 준다. 본 연구에서는 i층 증착시 $SiH_4$ 가스의 농도 변화 및 $SiH_4$ 가스 profiling을 통하여 i층의 결정분율을 변화하였으며, 이에 따른 i층 단위박막과 미세결정질 태양전지 특성변화를 분석 하였다. i층의 $SiH_4$ 가스 농도가 증가함에 따라 i층 단위박막의 결정분율은 증가하였으며, 전기 전도도는 감소하였다. 또한, i층의 $SiH_4$ 가스 농도를 점차 증가하며 profiling 하여 증착한 박막은 동일 가스 농도로 증착한 박막보다 전기 전도도가 감소하였고, 증착속도는 증가하였다. 이와 같은 다양한 i층들은 'Raman spectroscopy'를 통하여 결정분율 변화를 측정하였다. 또한, 이 박막들을 광 흡수층으로 사용하는 미세결정질 태양전지를 제조하고, 태양전지의 효율, 양자효율, 암전류 특성들을 단위박막 특성과 연계하여 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.665-665
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• 2013

박막형 태양전지에서 광흡수층으로 널리 쓰이는 metal chalcogenide 화합물 중, CuInS2(CIS)은 전기적, 광학적 특성이 우수하여 널리 연구되고 있다. CIS계 태양전지 최근 동시 증발법을 이용하여 20.3%의 고효율을 기록한 바 있으나 기존 진공, 고온 기반 공정 기술은 초기 투자 비용이 높고, 고가의 희귀원소인 In 등의 원료 활용도가 떨어져 원가 절감에 있어 한계가 있다. 이에 따라 제조 비용 절감과 원료 사용 효율을 향상시키기 위해 비진공 방식을 이용한 광흡수 층 증착 공정에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 상온, 상압, 저온에서 합성이 가능한 CIS계 광흡수층을 전자 전달 및 빛 포집에 유리한 ZnO 나노구조와 응용함으로써 superstrate 구조의 박막형 태양전지를 구현하고 그 특성을 평가하였다. CIS 박막 태양전지에서 투명창층으로 쓰이는 ZnO 박막을 수열합성법으로 합성된 ZnO 나노로드 어레이로 대체하여 빛 산란 효과를 줄이고, 전하 수집 및 이동 효과를 극대화하였다. 또한 CIS 광흡수층은amine계 용매와 금속염 및 thiourea를 조합하여 저온에서 코팅 후 건조시켜 박막을 제조하였다. 각 요소 박막들의 물성을SEM, XRD, UV-transmittance 분석을 통해 살펴보았으며, 소면적 태양전지 제작을 통해 박막 구조 대비 30배 이상의 광변환효율(최고효율 3.30%)을 기록하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.464.2-464.2
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• 2014

태양 에너지는 미래 에너지원으로 각광받고 있는 중요한 에너지원이다. 다양한 태양전지 중 CuInS2(CIS) 박막형 태양전지는 높은 광흡수율과 조절가능한 밴드갭에너지를 가지고 있으며, 높은 장기 안정성과 광변환효율 등으로 많은 관심을 받고 있다. 최근 20.3%에 달하는 높은 광변환효율이 보고된 바 있으나, 이는 고진공 장비를 요구함으로 인해 초기 투자비용이 늘어남과 동시에 대량생산 측면에서 한계점이 지적되고 있다. 본 연구는 CIS계 태양전지를 보다 저온, 상압에서 제조하기 위해 Cu, In, S 전구체를 용매에 녹여 전구체 용액을 제조하였다. 이를 스핀코팅을 이용하여 CdS 버퍼층이 증착된 ZnO 나노구조에 코팅 후, 건조 및 열처리하여 광흡수층 박막을 증착하는 방법을 개발하였다. 본 연구에서는 superstrate 형태의 태양전지 구조를 이용하기 위하여window 층으로 쓰이는 ZnO 박막을 수열합성법을 통해 나노구조화하였다. 이를 통해 CIS 흡수층과의 접촉면적 증가에 따른 빛 흡수효율 증가 및 전하 이동 효과를 증가시킬 수 있었다. 각각의 나노구조의 SEM, XRD, UV-transmittance 분석을 통하여 살펴 보았으며, 결과적으로 상온, 상압에서 증착이 가능한 용액 공정을 통해 superstrate방식의 CIS 태양전지를 만들 수 있었다. 소면적 태양전지 제작을 통해 박막 구조에 비해 향상된 광변환 효율을 얻었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.486-486
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• 2014

CIGS 박막태양 전지는 I-III-VI2 Chalcopyrite 결정구조를 가진 화합물 반도체 태양전지로 인위적인 밴드갭 조작이 용이하여 효율 향상에 높은 가능성을 보이고 있다. 4원소 화합물인 CIGS 광흡수층의 대표적인 제조 방법으로는 co-evaporation 공정법이 있다. 동시 증발법은 CIGS 결정을 최적화하기 위하여 박막이 증착되는 동안 기판의 온도를 3단계로 변화시켜주는 3-stage 공정을 통하여 제작된다. 일반적으로 CIGS 박막태양전지는 전면전극으로 투명전도막이 사용되며 높은 광투과성과 전기전도성을 가져야 한다. 투명전도막의 광학적, 전기적 특성은 CIGS 박막태양전지의 효율에 영향을 미치기 때문에 최적화된 조건이 요구된다. 본 연구에서는 CIGS 광흡수층은 Ga/(In+Ga)=0.31, Cu/(In+Ga)=0.86으로 최적화 시켰으며, 투명전도막은 Al이 도핑된 ZnO 박막을 RF 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 증착하였다. ZnO:Al 박막의 두께를 가변하여 증착하였으며 박막의 특성을 평가하고, CIGS 광흡수층에 이를 적용함으로써 태양전지 변환효율 특성을 연구하였다. CIGS 박막 태양전지의 투명전극인 ZnO:Al 박막의 두께가 500 nm 일 때, Jsc=29.521 mA/cm2, Voc=564 mV, FF factor=71.116%, Efficiency=12.375%의 광 변환효율을 얻을 수 있었으며, 이에 따른 투명 전도막의 전기적, 광학적 특성을 통해 CIGS 박막태양전지에 미치는 영향에 대해 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.337.2-337.2
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• 2016

역 구조 유기태양전지는 가격이 저렴하고 우수한 경량성, 간단한 제조공정 그리고 휘어짐이 가능한 소자를 제작할 수 있는 것이 큰 장점이다. 또한, 광활성층과 전극 사이에 표면개질 물질을 도입하여 에너지장벽을 줄임으로써 소자 전반적인 전하수송을 증가시킬 수 있게 되었다. 나아가 용액공정과 저온 공정을 통해 유기 광전자소자의 roll-to-roll 대면적화 기술을 기반으로 가격대비 성능을 개선시켰다. 본 연구에서는 CdSe 또는 CdSe@ZnS 양자점을 표면개질 유기물질인 polyethylenimine ethoxylated (PEIE)에 정전기적 인력의 결합을 통한 양자점 단일층을 얻었고 이는 전기수송층, 광흡수층 그리고 표면플라즈몬 공명(Surface plasmon resornace)의 역할을 수행하게 되면서 태양전지 전반적인 성능 향상을 관찰 할 수 있었고 양자점 단일층으로 인해 20%가 증가된 에너지변환효율 얻었다. 또한 단일층으로 형성된 CdSe 또는 CdSe@ZnS 양자점 은 $F{\ddot{o}}rster$ resonance energy transfer (FRET) 메커니즘을 통해 PC60BM과 P3HT의 Photo luminescence 세기를 99% 감쇄시켰고, CdSe 양자점을 유기 광활성층인 PTB7:PC71BM에 적용하여 8.1%의 수치를 나타내었다.