• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.101.1-101.1
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• 2010

$Cu(InGa)Se_2$ (CIGS) 태양전지는 박막형 태양전지 중 가장 높은 에너지 변환 효율이 보고 되고 있다. CIGS 태양전지를 제조하는 방법은 3 단계 동시 증착법, 금속 전구체의 셀렌화 공정법, 전기 증착법 등이 있다. 이 중 금속 전구체의 셀렌화 공정법은 다른 제조 방법에 비해 대면적 생산에 유리하고, 비교적 공정 과정이 간단하다는 장점이 있다. 하지만 금속 전구체의 미세구조 및 제조 방법, 셀렌화 공정의 최적화에 대한 연구가 부족하다. 본 실험에서는 후면전극으로 사용되는 Mo 층이 증착된 소다회 유리(soda-lime glass)를 기판으로 사용하였다. Cu-In(4:6), Cu-Ga(6:4) 타겟을 DC 스퍼터링 시스템을 이용하여 금속 전구체를 증착하였다. 이 후 미국 Delawere 대학교의 IEC 연구소와 한국전자통신연구원 (ETRI)에서 금속 전구체의 셀렌화 공정을 진행하였다. 셀렌화 공정 전후의 금속 전구체의 결정 크기와 미세구조의 변화를 관찰하기 위하여 주사전자현미경 (SEM)과 X선 회절 분석기 (XRD)를 사용하였다. 센렌화 공정이 진행된 금속 전구체 위에 버퍼층으로 사용되는 CdS와 전면전극으로 사영되는 ZnO, ITO 층을 합성한 후 에너지 변환 효율을 측정하였다. 최고 효율은 9.7%로 관찰되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.30-30
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• 2010

최근 전자 분야의 눈부신 발달에 따라 진보된 재료를 도입할 필요성이 있고, 이에 필요한 원료 물질을 개발하는 연구가 필수적이다. 최첨단 전자, 자기, 광재료를 제조하기 위하여 여러가지 금속 전구체를 사용하고 있지만 휘발성, 열적 안정성, 제조의 용이성, 경제성 등 우수한 물성을 갖는 원료 물질에 대한 체계적인 연구가 활발하지 못하여 관련 업계에서는 원료 화합물을 도입하는 공정에서 많은 어려움이 있다. 새로운 첨단 금속 전구체를 개발하기 위하여 분자 수준에서 화합물을 설계하고 합성하는 과정을 통하여 쉽고 경제적인 방법으로 새로운 리간드를 다양하게 합성하였고, 이들 리간드를 도입하여 휘발성, 안정성, 경제성이 훨씬 향상된 새로운 금속 전구체를 개발하고 박막 및 나노 물질 제조 공정에 응용하는 연구를 수행하였다. 이로부터 반도체, 디스플레이 등 첨단 재료 분야에 적용이 가능한 여러 후보 전구체를 도출하였다. 본 발표에서는 새로운 금속 전구체 개발 및 이를 이용한 박막 증착, 나노 물질 합성과 특성 평가에 관하여 토의하고자 한다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.47.2-47.2
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• 2011

광전환 효율 20% (AM1.5G) 이상의 고효율 화합물 박막태양전지의 광흡수층으로 많은 관심을 받고 있는 $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) 태양전지의 광흡수층은 다양한 공정에 의해 제조가 가능하다. 현재 고효율 CIGS 셀 생성을 위해 널리 사용되고 있는 CIGS 흡수층 성장공정은 "co-evaporation (동시증발법)"과 2-step 공정이라 불리는 "precursorselenization(전구체-셀렌화)" 방법이다. 동시증발법은 개별원소 Cu, In, Ga, Se들을 고진공 분위기에서 고온(550~600$^{\circ}C$) 기판위에 증착하는 방법으로 소면적에서 가장 좋은 효율(~20%)을 보이는 공정이다. 하지만, 고온, 고진공 공정조건과 대면적 증착시 온도 및 조성 불균일 등의 문제점 등으로 상용화에 어려움이 있다. 전구체-셀렌화 공정은 1단계에서 다양한 방식(예: 스퍼터링, 전기도금, 프린팅 등) 방식으로 CuGaIn 전구체를 증착하고, 2단계에서 고온(550~600$^{\circ}C$)하에 H2Se gas 혹은 Se vapor와 반응시켜 CIGS를 생성한다. 일본의 Showa Shell와 Honda Soltec 등에 의해 이미 상업화 되었듯이, 저비용 대면적으로 상업화 가능성이 높은 공정으로 평가되고 있다. 하지만, 2단계에서 사용되는 H2Se 및 Se vapor의 유독성, 기상 Se과 금속전구체 간의 느린 셀렌화 반응속도, 셀렌화반응 후 생성된 CIGS 박막 두께방향으로의 Ga 불균일 분포, 생성된 CIGS/Mo 계면 접착력 저하 등의 문제점들이 개선, 해결되어야만 상업화에 성공할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 Se layer가 코팅된 금속전구체의 셀렌화 반응메카니즘을 in-situ high-temperature XRD를 이용하여 연구하였다. 금속전구체는 스퍼터링, 스프레이 등 다양한 방법으로 제조되었고, 반응메카니즘 연구결과를 바탕으로 Se 코팅된 금속전구체를 이용한 급속열처리 공정의 최적화를 시도하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.46.2-46.2
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• 2011

CuInSe2 (CIS)계 화합물은 3족 원소(Ga, Al) 또는 6족 원소(S)를 첨가하여 밴드갭 조절이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 실제로 동시 증발법으로 Ga을 첨가하여 만든 CuIn0.7Ga0.3Se2(CIGS) 태양전지는 약20%의 높은 효율 보이고 있다. 그러나 최고 효율을 달성한 동시 증발법은 대면적화가 어렵다는 점이 상용화의 걸림돌로 작용하고 있다. 따라서, 그 대안으로 대면적화가 용이한 스퍼터링 및 셀렌화 공정 연구가 진행되고 있다. 그러나 스퍼터링/셀렌화 공정은 Cu-In-Ga 금속 전구체의 셀렌화 시 Ga이 Mo쪽으로 이동하여 CIS/CGS 2개의 상으로 형성된다는 큰 단점을 갖고 있다. 이를 해결하기 위해 셀렌화 후 다시 H2S 기체 분위기에서 열처리하여 표면 밴드갭을 증가시키는 공정이 사용되고 있으나, 이는 열처리 과정이 2번 필요하다는 단점을 갖고 있다. 이러한 단점을 해결하고자 본 연구에서는 금속 전구체의 구조, 셀렌화 공정 조건 및 전구체 내의 상(phase) 조절을 통해 셀렌화 시 Ga segregation을 억제하고자 하였다. 특히 전구체의 상 조절을 통해서 Ga의 이동을 크게 완화시킬 수 있음을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.41-41
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• 2010

반도체 소자의 선폭이 감소함에 따른 금속배선의 저항이 증가하면서 반도체 배선물질을 copper로 대체하려는 연구가 진행되고 있다. 그러나 copper를 금속배선에 사용하게 되면 대기 상에서 노출 시 쉽게 산화가 일어나며 형성된 산화물의 미세조직이 치밀하지 못하여 계속적인 산화가 진행되고, 후속 열처리 공정 시 copper가 유전체로 확산되어 소자의 정상적인 작동을 방해하게 되는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 copper의 확산 및 산화를 방지하는 물질로 cobalt가 각광받고 있다. Cobalt는 낮은 저항과 열적 안정성이 우수하여 copper와의 연동에 문제가 없으며, 소자의 작동에도 영향을 미치지 않는다. Cobalt 박막의 적용을 위해 patterning 단계를 줄일 수 있는 선택적 증착공정의 개발도 요구되고 있다. 본 연구에서는 우수한 층덮힘(step coverage)과 양질의 박막을 증착할 수 있는 MOCVD 공정을 이용하였고, cobalt 전구체로서 $Co(hfac)_2$ (hfac: hexafluoroacethylacetonate) 전구체와 $Co_2$ (CO)8 (CO: carbonyl) 전구체를 사용하였다. 각각의 전구체에 따라 선택적 증착이 가능한 공정조건을 찾기 위한 연구를 진행하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.400-400
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• 2011

조성에 따른 밴드갭 조절이 용이하고 광흡수율이 결정질, 비결정질 실리콘보다 높으며 황동광 구조를 갖는 CuIn1-xGaxSe2 계 물질은 박막형 태양전지의 광흡수층으로 널리 쓰이고 있다. 기존 동시증발법, 스퍼터링법 등 진공 공정 기반 기술이 갖는 고비용 문제와 대면적화 필요성에 대한 대안으로 비진공 박막 증착법이 활발히 연구되고 있는 가운데, 본 연구에서는 닥터블 레이드 코팅법을 이용하여 상온 및 상압 환경에서 쉽게 전구체 박막을 코팅한 후 열처리함으로써 CuInSe2 박막을 얻을 수 있었다. 고분자로 이루어진 바인더(binder) 물질과 금속 아세테이트 (metal acetate)계 전구체를 용매에 용해시킨 후 이를 도포하고, 추가적인 산화 열처리 과정 (oxidation)을 통해 최근 문제가 되고 있는 잔류탄소층 문제를 해결할 수 있었다. XRD 분석 결과, 금속 전구체들은 산화 과정 통해 금속산화물로 변환되고, 이후 셀렌화(Selenization)과정에서 산소(Oxygen)가 셀레늄(Selenium)으로 치환되는 반응이 일어나는 것으로 관찰되었다. 또한 SEM 분석을 통해 잔류 탄소층이 존재하지 않으며 결정립 크기가 최대 수백nm 정도임을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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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).

• 공업화학
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• 제16권5호
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• pp.628-634
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• 2005

Zirconia-alumina 고분자 전구체가 유기물-무기물 용액 방법으로 zirconium acetylacetonate (ZA), aluminium nitrate (AN), polyethylene glycol (PEG), 그리고 에탄올을 이용하여 제조되었다. 고분자 전구체의 열적 특성 및 점도를 시차주사열용량분석기(DSC), 열중량분석기(TGA), 그리고 동적유변측정기를 이용하여 측정하였다. 부피 팽창을 동반하는 강렬한 발열반응이 $140^{\circ}C$에서 일어났다. 고분자 전구체의 부피팽창은 금속물질중에 유기물의 분해반응과 금속양이온과 PEG 사이의 반응에 의한 것이다. 이들 분해반응과 금속양이온과 PEG 사이의 반응에 대한 여부를 적외선분광기(FT-IR)와 $^{13}C$ solid-NMR 결과로부터 확인하였다. 고분자 전구체의 온도가 증가함에 따라 N-O, O-H, 그리고 C=C에서의 피이크 강도가 감소하였다. 이 결과는 강렬한 발열반응시 금속 물질의 분해반응과 PEG와 금속양이온의 반응이 일어났음을 나타내는 것이다. 다공성 파우더는 $800^{\circ}C$에서 2 h 동안 소결과정을 거쳐 결정성 $ZrO_2-Al_2O_3$ 복합체가 되었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제32권2호
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• pp.61-67
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• 2022

폐리튬이차전지 스크랩으로부터 회수한 유가금속인 니켈, 코발트, 망간을 정제하여 제조한 리튬이차전지 전구체 금속염 용액으로 테일러반응을 통해 NCM 811 전구체를 제조하였다. 반응 시간에 따른 전구체 형태 변화를 SEM, PSA, ICP 분석 결과를 기반으로 합성 조건을 확립하였다. 이에 상업용 전구체와 재활용하여 합성한 전구체의 전기 화학적 특성인 충·방전 특성, 율특성, 수명특성 등을 평가하여 비교 연구하였으며, 상업용 전구체와 비교 시 큰 차이가 없거나 일부 특성에서는 우수한 특성을 확인할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.375-375
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• 2011

Cu(In1-xGax)Se2 (CIGS)박막증착법 중 금속 전구체의 셀렌화 공정법은 다른 제조 방법에 비해 대면적 생산에 유리하고, 비교적 공정 과정이 간단하다는 장점이 있다. 이 제조 방법은 금속 전구체를 만든 후에 셀렌화 공정을 하게 된다. 셀렌화 공정은 대부분 H2Se 가스를 사용하지만 유독성으로 사용하는데 주의해야 한다. 본 실험은 H2Se를 사용하지 않고 Se원료를 주입하기 위해 Se cracker를 사용했고 금속 전구체 증착과 셀렌화를 동시에 하는 반응성 스퍼터링 후 열처리 법을 이용하여 CIGS 박막을 증착 했다. CIGS의 박막의 Cu/[In+Ga], Ga/[In+Ga]비를 변화시켜 특성변화를 관찰했다. Cu/[In+Ga]비가 감소할수록 CIGS의 결정방향인 (112) 이 우세하게 발달했고 Ga/[In+Ga]비가 증가할수록 CIGS의 결정면 사이의 값이 작아지기 때문에 CIGS peak의 2-Theta 값이 증가하게 된다. CIGS 박막 태양전지의 구조는 Al/Ni/ITO/i-ZnO/CdS/CIGS/Mo/glass 제작했다. CIGS박막의 조성비가 Cu/[In+Ga]=0.84, Ga/[In+Ga]=0.24인 박막태양전지에서 개방전압 0.48 V, 단락전류밀도 33.54 mA/cm2, 충실도 54.20% 그리고 변환효율 8.63%를 얻었다.