• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.10 no.4
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• pp.306-310
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• 1999

Electron intersubband absorption in Sb $\delta$-doped Si(110)/SiGe multiple quantum well structures is observed. Normally incident light can excite electrons in Si(110) quantum wells, which is not possible for Si(001) or GaAs quantum wells. The influence of Ge composition in SiGe barries is investigated. As the Ge composition in SiGe barriers increases, the absorption strength is decreased and the transition energy is increased. It is verifired by comparing the calculated and experimental results obtained at various incident and polarization angles that normally incident light and parallel incident light are absorbed in different processes.

• Bulletin of the Korea Photovoltaic Society
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• v.5 no.1
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• pp.7-15
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• 2019

최근 유기물과 무기물의 복합된 구조를 가지는 페로브스카이트 소재를 광흡수층으로 사용한 태양전지가 연구적으로 큰 관심을 받고 있다. 이러한 유무기 하이브리드형 페로브스카이트 소재는 기존의 광흡수 소재들에서는 발견되지 않던 독특한 광전기적인 특성과 이에 기인하는 고 광전변환효율 그리고 저렴한 박막제조 공정 등으로 인해 기존 차세대 태양전지의 한계에 돌파구를 제시하고 있다. 본 글에서는 이러한 고효율, 고안정성 페로브스카이트 태양전지 구현을 위해 사용되는 전하수송소재의 종류와 개발동향에 대해서 살펴보고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.426-426
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• 2011

최근 들어 금속물질을 나노미터 단위로 구성할 수 있는 기술이 진보하면서, 금속 나노입자에 의해 발생되는 표면 플라즈몬에 대해서도 다양한 분야의 관심이 집중되고 있다. 유전체 물질을 기지상으로 하는 금속:유전체 나노복합체에서 금속 나노입자는 자유전자들의 집단 진동인 국소표면 플라즈몬 공진(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)현상에 의해 국부전기장을 증대 시키고, 가시광 및 적외선 영역에서 특성 광흡수 거동을 보인다. 이와 같은 광학적 특성은 금속 나노입자들의 크기, 형태, 그리고 나노입자들의 주변을 구성하는 기지상 물질의 종류에 의해 조절된다. 금속:유전체 나노복합체에 나타나는 이러한 특성은 단순장식코팅 뿐만 아니라 광의 효율적 운용과 광을 매개로 한 기능발현을 필요로 하는 디스플레이, 광학 스위칭 소재 및 태양전지의 효율 향상을 위한 광흡수층 등 매우 다양한 응용이 가능하다. 본 연구에서는 다양한 굴절률을 갖는 재료들 중, 저굴절률을 갖는 SiO2와 고굴절률을 갖는 ZnS-SiO2를 기지상 재료로 선택하여 교번증착 스퍼터링법으로 Ag와 Au입자를 형성시켰다. Ag를 금속나노입자로 갖고, SiO2와 ZnS-SiO2를 기지상으로 하는 금속:유전체 나노복합체에서는 금속나노입자 형성에 따른 뚜렷한 표면 플라즈몬 공진 광흡수 피크가 관찰된 반면 Au나노입자는 기지상에 따라 각기 다른 광흡수 특성을 나타냈는데, SiO2기지상에서 명확한 광흡수 피크를 형성했던 경우와는 달리 ZnS-SiO2기지상에서는 특정파장에서의 흡수피크로 규정되기 어려운 넓은 파장범위에 걸친 완만한 광흡수 피크를 나타냈다. TEM 분석을 통해, ZnS-SiO2 기지상 내의 Au입자는 각각 독립되어 있는 Island형태가 아닌 유전체 기지상과 대칭적으로 혼합된 네트워크 형태의 Bruggeman 기하구조를 구성하고 있음을 확인하였고, 이는 Au입자가 형성되고 성장할 때 Au와 S의 높은 결합에너지로 인해 상당한 젖음 특성을 갖고 성장하였기 때문으로 판단됐다. 따라서 나노복합체를 구성하는 물질간의 광학적 특성뿐만 아니라 기지상 내에서의 금속입자의 성장거동에 대한 연구가 수반되었을 때, 금속:유전체 나노복합체의 표면 플라즈몬 공진 광흡수 특성을 보다 정확하게 제어할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.385-385
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• 2011

Si 또는 반도체 화합물을 기반으로 한 태양전지의 높은 원재료 가격과 복잡한 공정 등의 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 반도체성 고분자인 Poly(3-hexylthiophene)(P3HT)과 C60 유도체인 PCBM을 광활성 층으로 이용하여 유기 태양전지(Organic Solar Cell, OSC)를 제작하였다. 하지만 상대적으로 낮은 효율을 갖는 OSC의 단점을 해결하기 위해서 유기물 자체가 갖고 있는 광 안정성, 낮은 전하 이동도 및 광 에너지 흡수대 등의 문제점들의 해결 방안들이 제시되고 있다. 본 연구에서는 광활성 층을 사용한 유기 태양전지의 특성에서 후열처리에 따른 유기 태양전지의 전기적 및 구조적, 광학적인 특성들이 소자의 효율에 끼치는 영향에 대해 분석하였다. 후열 처리 온도에 따른 광활성 층의 구조적인 특성을 분석하기 위해 EFM 이미지와 XRD패턴을 측정하였는데 열처리 후 박막의 전기적인 포텐셜과 결정성 향상의 유기 태양전지의 효율향상에 기여함을 알 수 있었다. 또한 임피던스 분석 장치를 이용해 후열 처리에 따른 소자의 Resistance, Capacitance, I-V 곡선들을 분석한 결과 최적의 조건에서 열처리된 광활성 층은 전하들의 이동을 조절하여 소자 내에서 Capacitance를 증가시키는 것 뿐만 아니라 전극과 유기물 층 사이의 계면 특성을 향상시킴으로써, 소자의 효율을 증가시키는 원인으로 작용함을 확인 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.367-367
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• 2011

태양전지에서 광흡수층으로 널리 쓰이는 CuInSe2은 전기적, 광학적 특성이 우수하고 20%대의 고효율을 기록하며 큰 관심을 받고 있다. 하지만 증발법 및 스퍼터링 등의 기존 진공, 고온 기반 공정 기술은 원천적인 공정비용 절감이 어렵고, 고가의 희귀원소인 In 등의 원료 활용도가 떨어져 실험실 수준에 머무르고 있다. 최근 공정 비용을 최소화와 원료 활용을 극대화를 통해 고효율 CIGS 박막형 태양전지를 제조하기 위해 비진공 방식의 전구체 박막 코팅 및 열처리를 통한 광흡수층 제조에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 본 연구는 doctor-blade coating을 이용하여 전구체 박막을 기판 위에 형성하고 열처리 온도에 따른 박막 물성 변화를 관찰함으로써 박막 형성 메커니즘을 밝히는데 주력하였다. 또한 합성된 박막의 전기적, 광학적 특성을 분석하여 태양전지 응용 가능성을 살펴보았다. 본 연구에서는 SEM, XRD, TGA 분석을 통해 Cu, In, Se 전구체들이 각각 binary phase, 즉, Cu2-xSe 및 In2Se3의 metal chalcogenide을 형성하고, 고온에서 서로 결합하여 CuInSe2로 결정화 되는 현상을 관찰하였다. 또한 합성된 CIS 박막은 근적외선 및 가시광 영역에서 높은 광흡수도를 보였으며, 전기적으로 Mo 전극과 ohmic contact을 이룸으로써 CIGS계 태양전지의 광흡수층으로의 적합성을 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.142-142
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• 2010

태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 부가가치 창출에 어려움이 있으며, 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로는 2세대 태양전지로 불리는 박막형이 현재의 대안이며, 특히 에너지 변환 효율과 생산 원가에서 장점이 있는 것이 CIGS 박막 태양전지로 판단된다. 화합물반도체 베이스인 CIGS 박막 태양전지는 연구실에서는 세계적으로 20.3% 높은 효율을 보고하고 있으며, 모듈급에서도 13% 효율로 생산이 시작되고 있다. 국내에서도 연구실 규모 뿐만 아니라 대면적(모듈급) CIGS 박막 태양전지 증착용 장비, 제조공정 등의 기술개발이 진행되고 있다. CIGS를 광흡수층으로 하는 CIGS 박막 태양전지의 구조는 여러 층의 단위박막(하부전극, 광흡수층, 버퍼층, 앞면 투명전극, 반사방지막)을 순차적으로 형성시켜 만든다. 이 중에 하부전극은 Mo 재료을 스퍼터링 방법으로 증착하여 주로 사용한다. 하부전극은 0.24 Ohm/cm2 정도의 전기적 특성이 요구되며, 주상조직으로 성장하여야 하며, 기판과의 밀착성이 좋아야하고 또한 레이저 패턴시 기판에서 잘 떨어져야 하는 특성을 동시에 가져야 한다. 그리고 CIGS 박막 내에서 Na 도핑을 어떻게 제어할 것인지도 고려해야한다. 본 연구에서는 대면적(모듈급) CIGS 박막 태양전지에서 요구되는 하부전극 Mo 박막의 특성과 기술적 이슈들에 대해서 연구결과들을 논하고자 한다.

• Bulletin of the Korea Photovoltaic Society
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• v.9 no.2
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• pp.18-28
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• 2023

지구상에 풍부하며 저독성 소재인 안티모니 셀레나이드(Sb₂Se₃)는 재료가 갖는 우수한 광전자적 특성과 장기 내구성으로 차세대 태양전지 소자로 크게 주목 받고 있다. 또한, 비교적 짧은 연구기간 동안 빠른 성장 속도를 보여줬으며, 2014년 2.26%에서 8년의 연구기간 동안 약 5배인 2022년 10.57%를 달성하였다. 하지만, 여전히 기존의 칼코지나이드계 박막 태양전지인 CdTe(22.1%) 및 Cu(In,Ga)Se₂(23.35%)가 달성한 효율에 비해 낮은 변환 효율을 보이고 있으며, 이는 계면에서 발생하는 캐리어 재결합으로 인한 개방전압 손실 문제가 주 원인으로 대두되고 있다. 따라서, Sb₂Se₃ 광 흡수층에 인접한 전자 및 정공 수송층 사이에 적절한 밴드 정렬을 구축하여 캐리어 재결합 손실을 줄이는 것이 고효율 Sb₂Se₃ 태양전지를 구현하기 위한 핵심 전략 중 하나이다. 본 원고에서는 Sb₂Se₃ 광 흡수층의 기본적인 특성과 Sb₂Se₃ 태양전지의 최근 연구 성과에 대해 간략하게 설명하고자 하며, 특히 전자 및 정공 수송층 적용을 통한 에너지 밴드 정렬 최적화에 관련된 내용을 중점적으로 소개하고자 한다. 또한, Sb₂Se₃ 박막 태양전지 성능의 병목 현상을 극복하기 위한 잠재적인 연구 방향에 대해서도 논하고자 한다.

• Bulletin of the Korea Photovoltaic Society
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• v.5 no.1
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• pp.38-45
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• 2019

건물 일체형 태양광 발전시장의 증가에 따라 미적(Aesthetic) 요소가 결합된 태양광 모듈에 대한 수요가 증가하고 있다. 이런 시장의 요구에 따라 다양한 색상을 가지고 있는 컬러 태양광 모듈에 대한 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있다. 여러 제안된 컬러 태양광 모듈 기술 중 결정질 실리콘(crystalline-silicon) 기반 태양광 모듈에 컬러 유리 혹은 컬러 층을 도입하는 기술은 기존 실리콘 모듈의 장점인 신뢰도와 가격 측면에서 다른 방식 대비 큰 장점이 있다. 결정질 실리콘 모듈에 컬러를 구현하기 위해서는 현재 크게 세가지 방식이 제안되고 있다. 가장 먼저 제안된 방식은 태양전지 전면에 반사 방지막 형성 시 특정 파장만 반사할 수 있는 층이 도입된 컬러 태양전지(color photovoltaic cell)를 이용하여 색상을 구현하는 방식이다. 다른 한 방식은 일반 검정색 태양전지에 반사가 가능한 입자 혹은 박막층을 태양광 모듈 전면에 도입하는 반사형(Reflective) 컬러 태양광 모듈 기술이다. 마지막으로 특정 파장을 흡수하여 다른 파장으로 발광하는 염료 혹은 안료를 이용한 발광형(Luminescent)방식에 대한 연구도 진행 중이다. 본고에서는 각 방식의 동작 특성 및 기술 동향에 대해 논의하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.58.1-58.1
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• 2011

CIS(CuInSe2)계 화합물 태양전지는 높은 광흡수계수와 열적 안정성으로 고효율 태양전지 제조가 가능하여 태양전지용 광흡수층으로 매우 이상적이다. 미국 NREL에서는 이러한 CIGS 태양전지를 Co-evaporation 방법으로 제조 20%이상의 에너지 변환 효율을 달성하였다고 보고하였다. CIGS 태양전지의 경우 기존의 유리 기판 대신 유연한 철강 기판을 사용해 태양 전지를 flexible하게 제조 할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 flexible 태양전지의 경우 기존의 rigid 태양전지의 적용분야 뿐만 아니라 BIPV, 선박, 장난감, 군용, 자동차등 더욱 더 많은 분야에 활용이 가능하다. 본 연구에서는 기존의 rigid한 기판인 soda lime glass와 flexible 기판인 stainless steel 기판으로 소자를 제조하여 효율을 비교 분석 및 stainless steel 기판의 표면 처리 방법에 따라서 표면 조도의 특성을 분석하여 stainless steel 기판별 효율 특성도 비교 분석 하였다. 후면전극으로는 약 $1{\mu}m$의 Mo를 DC Sputtering 방법을 이용하여 증착하였고, CIGS 광흡수층은 약 $2.5{\mu}m$의 두께로 미국의 NREL과 같은 3 stage 방식을 이용하여 광흡수층을 Co-Evaporation 방법으로 제조하였고, 버퍼층인CdS는 약 50nm의 두께로 CBD 방법으로 제조 하였으며, 창층인 ZnO는 약 500nm 두께로 RF Sputtering 방법으로 제조 하였고, 마지막으로 약 $1{\mu}m$ 두께의 Al 전면전극은 Thermal Evaporation 방법으로 제조 하였다. 소자의 물리적, 전기적 특성을 분석하기위해 FE-SEM, AFM, Solar Cell Simulator 분석을 실시하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.279-279
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• 2013

차세대 태양전지로 주목받는 화합물 박막 태양전지(CIGS, CdTe, etc)는 광흡수계수가 매우 높아 얇은 두께의 광흡수층으로도 빛을 효과적으로 흡수할 수 있으므로 광흡수층의 역할이 매우 중요하며 이에 대한 정확한 정보와 이해는 필수적이다. 특히 GIGS 박막 태양전지의 정량 및 각 원소의 깊이 방향의 분포를 분석하는 것은 박막형 태양전지 개발에 크게 기여한다 [1,2]. 본 실험에서는 조성비를 알고 있는 균질한 CIGS박막을 표준시료로 사용하여 ICP-MS로 측정하여 평균농도를 구한 뒤 TOF-SIMS, D-SIMS, Auger Electron Spectroscopy (AES) 로 깊이 방향 분석 결과를 통해 상대감도(RSF)를 계산한 후 각 원소의 농도로 변환하여 정량분석 결과를 얻었다. 일반적으로 손쉽게 정량적인 정보를 얻는 AES에 비해 정량성이 떨어지는 TOF-SIMS와 D-SIMS는 스퍼터링시 사용되는 Cs 빔과 시료 내 금속과의 클러스터 이온(GaCs+와 InCs+)의 깊이 방향 조성을 이용하면 매트릭스 효과를 배제할 수 있어서 좀 더 정확한 정량 분석이 가능하므로 시료내 금속과 Cs 이 결합된 클러스터 이온의 깊이 방향 조성을 측정하여 각원소의 농도를 계산하였고 스퍼터링 에너지를 포함한 실험 변수에 따른 재현성 및 정량성의 차이를 비교분석하였다. 또한 CIGS층에 불순물로 들어 있는 미량원소들의 깊이 분포도도 함께 관찰하였다.