• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.63.2-63.2
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• 2010

삼중접합 태양전지에 상부전지로 이용되는 a-SiO:H 태양전지는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition)을 이용하여 증착하였다. i a-SiO:H는 $CO_2/SiH_4$ 비율을 변화하여 밴드갭을 조절하였다. $CO_2/SiH_4$가 0에서 0.43으로 증가 할수록 밴드갭이 1.74 eV에서 1.94 eV로 증가하는 경향을 보였다. 이는 FTIR에서 나타난 결과인 Si-O-Si 결합의 증가 때문인 것으로 판단한다. 그에 반해서 광 전도도는 감소하는 경향을 보였다.그러나 암전도도와 광전도도의 비율인 광민감도는 $10^5$에서 $10^4$의 값으로 비정질 태양전지에 적용가능한 값을 보였다. 이러한 박막 특성을 가진 i a-SiO:H를 이용하여 비정질 실리콘 태양전지를 제작한 결과 $CO_2/SiH_4$의 비율이 증가함에 따라 태양전지의 $V_{oc}$가 0.8 V에서 0.5 V로 현저하게 감소하였고, $J_{sc}$와 FF 역시 11 $mA/cm^2$에서 4 $mA/cm^2$, 69%에서 50%로 감소하였다. 단위박막 결함을 측정하는 CPM(Constant Photocurrent Method)을 이용하여 i a-SiO:H 내부에 $10^{16}cm^{-3}$ 정도의 내부 결함을 관찰하였고 이는 태양전지의 특성 감소와 관련이 있는 것으로 판단한다.

• Journal of Korean Ophthalmic Optics Society
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• v.1 no.2
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• pp.63-69
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• 1996

D.c conductivity and optical transmittance of amorphous ($As_2Se_3$)Ag, (x =0, 2, 5, 10mol%) thin films were measured in order to find effects of Ag additives on electrical and optical properties of the films. The d.c. activation energy and the optical gap decreased with increasing Ag contents the Urbach tail was approximately unchangeable for variation of Ag contents. For Ag contents of 5mol% and less, the rate of decrease of the d.c activation energy was more rapidly than that of the optical gap with increasing Ag contents. For Ag contents more than 5mol%, the rate of decrease of the d.c activation energy and the optical gap were nearly the same each other with decreasing Ag contents. So it was appeared that the Fermi level of the films comes close to the mobility edge for Ag contents of 5mol% and less, and the mobility edge comes close the Fermi level for Ag contents more than 5mol%.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.74-74
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• 2011

최근 새로운 형태의 디스플레이에 관한 관심이 집중되고 있다. 이들 중 특히 투명 산화물 반도체는 기존의 실리콘 기반의 반도체에 비해 가시광 영역에서 높은 투과도를 보이며, 또한 기존의 비정질 실리콘 소자에 비해서 10 cm2/Vs이상의 높은 전하 이동도 값을 가진다. 본 연구에서는 투명 산화물 반도체 소재 중 InGaZnO4를 사용하여 펄스 레이저 방법으로 Al2O3 (0001)기판 위에 비정질 상태인 a-InGaZnO4 박막을 성장 시켰다. 박막의 증착 온도를 변화(RT, $50^{\circ}C$, $150^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $450^{\circ}C$, $550^{\circ}C$)시켜 성장된 박막의 구조적, 화학적, 전기적 그리고 광학적 특성을 조사하였다. 증착 온도가 $450{\sim}550^{\circ}C$ 사이에서 박막의 상태가 비정질(amorphous)에서 polycrystalline으로 성장되는 것을 X-Ray Diffraction과 Field Emission-Scanning Electron Microscope를 이용하여 확인하였고 이는 InGaZnO4 박막의 결정화 온도가 $450^{\circ}C$ 이상임을 알 수 있었다. X-ray Photoelectron Spectroscopy를 통해서 target 물질과 성장된 박막의 조성 및 화학적 상태를 고찰한 결과, 박막의 결정성 변화가 화학적 상태 변화와는 무관하다는 사실을 알 수 있었다. 온도 의존 비저항 측정을 통해 박막이 반도체 성향을 가지는 것을 확인 하였다. 또한 Hall 측정 결과 증착 온도가 올라 갈수록 전하 밀도는 증가 하지만, 전하 이동도는 다결정 박막($550^{\circ}C$)에서 급격히 감소하고, 이로 인해 비저항 값이 크게 증가함을 알 수 있었다. 이는 다결정 박막 내 존재하는 grain boundary들이 이동도 값에 영향을 준다는 것으로 추측할 수 있다. Ultra violet-Visible-Near Infrared 측정을 통해 가시광 영역에서 80%이상의 투과율을 나타내며 증착 온도가 증가함에 따라 에너지 밴드갭(Eg)이 커지는 것을 확인 할 수 있는데 이는 Hall 측정 결과에서 확인한 전하 밀도의 증가로 인해 에너지 밴드갭이 커지는 Burstein-Moss 효과로 설명할 수 있다.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.5 no.3
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• pp.284-294
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• 1992

합성용질확산법으로 GaP단결정을 성장시키고 몇가지 성질을 조사하였다. 정지상태에서 결정의 성장속도는 1.75[mm/day]이었고 결정성장용 석영관을 전기로내에서 하강시키므로써 양질의 GaP 단결정을 성장하였다. 에치피트밀도는 결정의 성장축 방향으로 3.8*$10^{4}$[$cm^{-2}$]부터 2.3*$10^{5}$[$cm^{-2}$] 까지 증가하였다. 성장된 GaP결정의 이동도와 캐리어농도는 실온에서 197.49[$cm^{2}$/V.sec]와 6.75*$10^{15}$[$cm^{-3}$]이었고 77K의 온도에서는 266.91[$cm^{2}$ /V.sec]와 3.13*$10^{14}$[$cm^{-3}$]이었다. 에너지갭의 온도의존성은 실험적으로 $E_{g}$(T)=2.3383-(6.082*$10^{-4}$) $T^{2}$/(373.096+T)[eV]로 구하여졌다. 저온에서 측정된 광루미네센스 스펙트럼은 구속된 여기자의 복사재결합과 재결합 과정에 포논의 참여로 인하여 에너지갭 부근의 복잡한 선 스펙트럼이 나타났고 얕은 준위의 Si도너와 Zn억셉터준위 사이에서의 복사재결합 및 이에 대한 1LO, 2LO의 포논복제가 나타났으며 S $i_{Ga}$ -S $i_{p}$의 쌍방출에 의하여 1.8932[eV]에서 넓은 반치전폭의 피크가 나타났다. GaP의 적외선 흡수는 TO, LO, LA, T $A_{1}$, T $A_{2}$ 포논들의 이중결합모드와 G $a_{2}$O의 진동모드 및 Si도너와 Zn억셉터들에 의하여 일어났다. Zn를 확산시키어 제작한 p-n GaP발광다이오드는 실온에서의 발광중심피크가 6250[.angs.]이었고 최대광출력은 0.0916[mW], 양자효율은 0.51%이었다.이었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.213-213
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• 2013

화합물 반도체 양자점(Quantum dots; QDs)은 높은 효율의 광전자 소자에 적용할 수 있기 때문에 이분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만 주로 III-V 족 화합물 반도체에 대한 연구가 주를 이룬 반면 II-VI 족 화합물 반도체에 대한 연구는 아직 미흡하다. 하지만 II-VI 족 화합물 반도체는 III-V 족 화합물 반도체와 비교했을 때 더 큰 엑시톤 결합에너지(exciton binding energy)를 가지는 우수한 특성을 보이고 있으며 이러한 성질을 가지는 II-VI 족 화합물 반도체 중에서도 넓은 에너지 갭을 가지는 $Cd_xZn_{1-x}Te$ 양자점은 녹색 영역대의 광전자 소자로서 활용되고 있다. 현재 대부분의 $Cd_xZn_{1-x}Te$ 양자점 구조는 기판과 완충층 (buffer layer) 사이의 작은 격자 부정합(lattice mismatch) 때문에 GaAs 기판을 이룬 반면 Si기판을 이용한 연구는 미흡하다. 하지만 Si 기판은 GaAs 기판에 비해 값이 싸고, 여러 분야에 응용이 가능하며 대량생산이 가능하다는 이점을 가지고 있어 초고속, 초고효율 반도체 광전소자의 제작을 가능케 할 것으로 기대된다. 또한 양자점의 고효율 광전소자에 응용을 위해서는 Si 기판 위에 양자점의 크기를 효율적으로 조절하는 연구 뿐 아니라 양자점의 크기에 따른 운반자 동역학에 대한 연구도 중요하다. 본 연구에선 분자선 에피 성장법(Molecular Beam Epitaxy; MBE)을 이용하여 Si 기판위에 성장한 $Cd_xZn_{1-x}Te/ZnTe$ 양자점의 크기에 따른 광학적 특성을 연구하였다. 저온 광 루미네센스 (PhotoLuminescence; PL) 측정 결과 양자점의 크기가 증가함에 따라 더 낮은 에너지영역으로 피크가 이동하는 것을 확인하였다. 그리고 시분해 광루미네센스 측정 결과 $Cd_xZn_{1-x}Te/ZnTe$ 양자점의 크기가 증가함에 따라 소멸 시간이 긴 값을 갖는 것을 관찰 하였는데, 이는 양자점의 크기가 증가함에 따라 엑시톤 진동 세기가 감소하였기 때문이다. 또한 온도 의존 광루미네센스 측정 결과 양자점의 크기가 증가함에 따라 열적 활성화 에너지가 증가하는 것을 관찰 하였는데, 이는 양자점의 운반자 구속효과가 증가하였기 때문이다. 이와 같은 결과 Si 기판 위에 성장한 $Cd_xZn_{1-x}Te/ZnTe$ 양자점의 크기에 따른 광학적 특성에 대해 이해 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.163-163
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• 2011

셀레늄(Selenium: Se) cracker cell을 이용하여 셀렌화한 $CuInSe_2$ (CIS)박막에 대해 연구한 결과를 발표하고자 한다. 화석연료의 과도한 사용으로 지구온난화라는 환경문제가 대두되면서 영구적이고 무상의 태양에너지 이용에 대한 필요성이 점차 높아지고 있다. 빛에너지를 전기에너지로 변화시키기 위한 태양전지는 재료에 따라 다양하게 개발되고 있으며 그 중 가장 주목을 받고 있는 것 중의 하나가 $CuInSe_2$을 광흡수층으로 하는 CIS 박막 태양전지이다. CIS 박막은 태양전지의 광흡수층으로 사용되는데 직접천이형 밴드구조를 가지고 있고, 약 $10^5$ $cm^{-1}$의 높은 광흡수계수를 가지고 있어 태양전지 광흡수층으로 적합한 물질로 각광받고 있다. CIS는 에너지 밴드갭이 ~1 eV로 실리콘과 유사한 밴드갭을 가지고 있으나 이는 Ga, Al을 In 대신 치환함으로 조절할 할 수 있다. 무엇보다도 sodalime 유리와 같은 저가의 기판위에 스퍼터와 같은 장치로 대면적 CIS 박막태양전지를 만들 수 있다는 것이 산업적인 면에서 장점으로 알려져 있다. 본 연구에서는 sodalime 유리기판 위에 스퍼터 방법으로 CIS 박막을 증착하고 Se cracker cell로 셀렌화하여 CIS 박막을 제조하는 것을 조사연구 하였다. 스퍼터를 이용하여 유리기판위에 Mo (Molybdenum)을 증착하고 그 위에 Cu-In-Se박막을 증착하였다. Cu-In-Se/Mo/유리기판 시료는 동일 챔버에서 Se cracker cell을 이용하여 셀렌화 처리 하였다. 물성비교를 위하여 Knudson-cell을 이용한 셀렌화도 시행하였다. Se cracker cell은 고체 Se를 가열하는 부분(R-zone)과 Se flux를 cracking 하는 부분(C-zone)으로 나누어져 있으며 C-zone은 700$^{\circ}C$로 고정하였다. 셀렌화 기판 온도는 425$^{\circ}C$로 고정하였고 Se cracker 온도는 330~375$^{\circ}C$까지 변화시켜 가며 CIS 박막을 제조하였다. 제조된 CIS 박막의 물성 조사는 사진, 현미경, SEM, EDX, XRD, Hall effects를 이용하였다. Se cracker cell로 셀렌화한 CIS 박막은 island 구조를 하고 있음을 알 수 있었다. CIS 박막의 island의 크기와 모양은 셀렌화시 R-zone 온도(Cu-In-Se 박막에 조사되는 셀레늄의 량)에 큰 영향을 받았다. 셀렌화시 셀레늄량이 적을 때는 island가 커지며 불균일해지고 셀레늄량이 많을 때 island가 작고 균일해지는 경향을 SEM을 통해 관찰할 수 있었다. X-ray 회절을 통해 셀레늄량이 적을 경우 CIS 결정이외의 결정이 박막내에 형성됨을 알 수 있었다. 학술회의에서 Se cracker cell을 이용한 셀렌화에 관한 보다 깊은 연구결과를 발표하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.210.1-210.1
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• 2013

ZnO는 태양전지의 투명전극 및 윈도우 물질로 그 동안 광범위하게 사용되어 왔다. 하지만 태양광의 효율 증가를 위하여서는 가시광 영역뿐만 아니라 자외선 및 적외선 영역을 이용할 필요가 있다. 또한 금속 산화물 반도체 나노 입자는 크기를 조절하여 흡수하는 태양광의 파장 영역을 조절할 수 있고 이를 이용하여 이종구조를 사지는 고효율의 태양전지를 구현할 수 있다. 본 연구에서는 3.4 eV의 에너지 밴드갭을 가지는 ZnO박막내에 밴드갭을 조절 할 수 있는 금속 산화물 나노입자를 삽입하여 광학적, 전기적 특성을 연구하였다. ZnO 박막을 증착하기 전 유리 및 사파이어 기판에 스퍼터를 사용하여 Pt금속전극을 형성한 이후, ZnO 박막을 $1{\times}10^{-10}$ Torr의 기본 진공도를 유지하는 초고진공 스퍼터를 사용하여 100 nm 두께로 증착 하였다. 금속 산화물 나노 입자를 제작 하기 위하여, ZnO 박막에 열증착 장비(thermal evaporator)를 사용하여 In 나노 입자를 10 nm 이하의 크기로 제작 하였다. 그 상부에 초고진공 스퍼터 와 열증착 장비를 사용하여 ZnO 박막 및 In 나노 입자를 순차적으로 증착하여 수백 nm 두께의 ZnO 박막을 제작한다. ZnO 박막 내부에 형성된 In 양자점은 ZnO 증착공정 중에 산화되어 $In_2O_3$ 의 산화물 나노 입자로 형성되며, 내부의 구조는 투과전자 현미경을 사용하여 확인 하였다. 제작된 금속 산화물 나노입자가 포함된 ZnO 박막의 광학적 특성을 photoluminescence, UV-Vis spectroscopy, ellipsometry를 통하여 확인 하였으며, solar simulator와 전류-전압 특정 장비를 사용하여 전기적 특성을 분석 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.283.2-283.2
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• 2016

최근 ZnO는 무독성, 저가격, 수소 플라즈마에 대한 내구성 및 열적 안정성 등의 활발히 연구되고 있으며, III족 원소(Al, Ga, In) 불순물을 도핑하여 전기적 성질의 열적 불안정성을 해결하고 전기적 성질을 향상 시키고 또한 밴드갭 에너지가 3.3 eV 이상으로 증가하여 가시광선 영역에서 광투과율이 높은 투명도 전성 재료를 제공할 수 있다. 본 연구에서는 RF Magnetron Sputtering을 이용하여 내열성과 광학적 측면에서 우수한 성능을 가지는 PES 기판에 표면 에너지를 높이고 치밀한 구조의 박막을 증착하기 위해서 $O_2$ 플라즈마 처리를 하여 ZnO계 투명 전도막을 제작함으로써 투명전극에서 요구하는 $10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$ 이하의 낮은 비저항과 80% 이상의 광투과율을 가지는 방안에 대하여 연구하였다. PES 기판 위에 고밀도 $O_2$ 플라즈마를 이용하여 전 처리를 실시한 후 4인치의 Al-doped ZnO(ZnO 98 wt% : $Al_2O_3$ 2 wt%), AZO의 타겟을 이용하여 상온에서 RF Magnetron Sputtering 법으로 AZO 박막을 증착하였다. PES 기판상의 AZO 박막 두께가(100~400nm) 증가함에 따라 캐리어 농도와 홀 이동도가 점차 증가하는 경향을 보였다. 이는 박막 두께가 증가할수록 면저항과 비저항은 감소하며 결정립 크기가 커지고 결정입계에서 산란이 줄어들기 때문에 전기적 특성이 개선된 것으로 판단된다. 고밀도 $O_2$ 플라즈마 표면처리 시간이 증가함에 따라 플라스틱 기판의 결합에너지와 부착력이 증가하여 AZO 박막의 결정립 크기를 증가시키며, 접촉각은 감소하였다. 또한 급속열처리 온도가 증가함에 따라 전기적 특성과 광학적 특성이 향상됨을 확인할 수 있었다. 제작된 AZO 박막은 급속열처리 시간 10분에서 온도 $200^{\circ}C$일 때, 캐리어 농도 $2.32{\times}10^{21}cm^{-3}$, 홀 이동도 $4.3cm^{-2}/V$로 가장 높은 것을 확인할 수 있었고, 가장 낮은 비저항 $1.07{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$과 가시광 영역(300 nm ~ 1100 nm)에서의 AZO 박막의 광 투과율은 약 86%를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.298-299
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• 2012

현재 반도체 나노구조는 단전자 트랜지스터, 레이저, LED, 적외선 검출기 등과 같은 고효율 광전자 소자에서의 응용을 위해 활발한 연구가 진행 되고 있다. 이러한 응용 분야를 위한 다양한 종류의 나노구조 성장이 광범위하게 시도 되고 있지만 주로 III-V 족 화합물 반도체에 대한 연구가 주를 이룬 반면 II-VI 족 화합물 반도체에 대한 연구는 아직 미흡하다. 하지만 II-VI 족 화합물 반도체는 III-V 족 화합물 반도체와 비교했을 때 더 큰 엑시톤 결합에너지(exciton binding energy)를 가지는 우수한 특성을 보이고 있으며 이러한 성질을 가지는 II-VI 족 화합물 반도체 중에서도 넓은 에너지 갭을 가지는 CdTe 양자점은 녹색 영역대의 광전자 소자로서 활용되고 있다. 본 연구에서는 분자 선속 에피 성장법(molecular beam epitaxy; MBE)과 원자 층 교대 성장법(atomic layer epitaxy; ALE)으로 CdTe 두께에 따른CdTe/ZnTe 나노구조의 광학적 특성을 연구하였다. 광루미네센스(photoluminescence; PL)를 통해 CdTe/ZnTe 나노구조에서 CdTe 두께에 따른 에너지 밴드와 열적 활성화 에너지를 관찰하였다. 또한 시분해 광루미네센스(Time-resolved PL)를 통해 CdTe 두께에 따른 CdTe/ZnTe 나노구조의 운반자 동역학을 조사하였다. 저온 광루미네센스 측정 결과 CdTe 두께가 증가할수록 각 샘플의 피크는 더 낮은 에너지 영역대로 이동하는 것을 관찰할 수 있다. 1.2 에서 2.0 ML로 증가할 때 광 루미네센스의 작은 적색편이를 관찰할 수 있는데, 이는 CdTe 양자우물에서 양자점으로의 구조적인 전이가 일어남에 따라 구속효과가 증가하였기 때문이다. 또한 2.0 에서 3.6 ML까지 CdTe 두께가 증가할 때 측정된 적색편이 현상은 양자점의 사이즈 증가함에 따른 것이다. 마지막으로 3.6 에서 4.4 ML로 CdTe 두께가 증가할 때 큰 적색편이 현상을 볼 수 있는데 이는 CdTe 양자점에서 양자세선으로의 구조적 전이에 따라 구속효과가 증가하였기 때문이다. 온도 의존 광루미네센스(Temperature-dependent PL) 측정 결과 1.2 와 3.0 ML 두께의 CdTe/ZnTe 나노구조에서 구속된 전자의 열적 활성화 에너지가 18 과 35 meV로 관찰되었다. 3.0 ML CdTe/ZnTe 나노구조에서 가장 큰 열적 활성화 에너지를 갖는 것은 양자점의 균일도가 좋아지고 저차원 나노구조로의 구조적 전이가 일어나면서 운반자 구속효과에 다른 쿨롱 상호작용이 증가하였기 때문이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.399-399
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• 2009

CIS계 화합물 태양전지는 높은 광흡수계수와 열적 안정성 및 Ga 조성 조절을 통한 밴드갭 조절이 용이해 고효율 박막 태양전지로 각광 받고 있다. CIS 태양전지의 광 흡수층 제조 방법으로는 여러 가지 방법이 있지만 본 연구에서는 가장 높은 에너지 변환 효율을 달성한 Co-Evaporation 방법을 사용하기로 하였다. 미국의 NREL의 경우 Co-Evaporation 방법을 사용해 20%의 에너지 변환 효율을 달성한 바가 있다. 하지만 이러한 효율의 태양전지는 실험실에서 연구용으로 제작한 아주 작은 면적으로 태양전지 양산화에 그대로 적용하기는 힘들다. 따라서 CIGS 태양전지의 양산화 적용을 위해 대면적화가 필수적이다. 본 연구에서는 기존의 3 stage 방식을 이용해 광흡수층을 증착하여 최적화 조건을 연구하였다. 또한 기판의 면적 증가에 따라 효율과 Voc, Jsc, F.F가 얼마나 감소하는지 실험하여 보았다. 기판은 soda lime glass를 사용 하였으며 후면 전극으로 약$1{\mu}m$ 두께의 Mo를 DC Supptering 방법을 이용해 증착하였다. 다음으로 약 $2{\mu}m$이상의 광흡수층을 Co-Evaporation 방법을 이용하여 증착 하였으며 buffer층으로는 약 50nm의 CdS층을 CBD방법을 이용하여 제조 하였다. TCO층으로 약 50nm의 i-ZnO와 약 450nm의 Al-ZnO를 RF Sputtering 방법을 이용하여 증착 하였다. 마지막으로 앞면 전극으로 약 $3{\mu}m$의 Al을 Thermal Evaporation 방법으로 증착하였다. 태양전지 소자의 면적은 $0.49cm^2$, $25cm^2$, $100cm^2$로 각각 면적을 달리하며 효율을 비교 분석하였다.