• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.683-683
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• 2013

박막태양전지의 일종인 CIGS 태양전지는 직접천이형 반도체로 광흡수계수가 $1{\times}10^5cm^{-1}$로 매우 높고, 전기광학적 안정성이 우수하여 실리콘 결정질 태양전지를 대체할 고효율 태양전지로 각광받고 있다. CIGS 태양전지는 광흡수층 공정방법에 따라 다양한 결정구조 및 효율 차이가 나타난다. 본 실험에서는 Sputtering방법으로 금속전구체를 증착하고, Sequential process를 이용하여 고온에서 셀렌화 열처리를 수행하였다. Soda-lime glass 기판에 배면전극으로 Mo를 증착하고, 1단계로 CuIn0.7Ga0.3 조성비의 타겟을 이용하여 Sputtering법으로 $1.0{\sim}1.2{\mu}m$두께의 CIG 전구체를 증착하였다. 2단계로 CIG 전구체에 분자빔증착기를 이용하여 Se를 증착하고, 열처리를 통하여 CIGS 화합물 구조의 박막을 형성시켰다.증착된 CIGS 박막은 광전자분광분석기로 원소의 화학적 결합상태를 확인하고, in-situ 엑스선회절분석을 통해 Se층의 증착두께와 열처리 온도 변화에 따른 CIGS 층의 결정구조 및 결정화도 변화를 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.428-428
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• 2016

Copper indium sulfide (selenide) (CuIn(S,Se)2,CISSe)는 1.0~1.5 eV의 Direct band gap과 105 cm-1이 넘는 큰 광 흡수 계수를 가지고 있어 박막 태양전지의 흡수층으로써 연구되어 왔다. 최근 대량생산 및 저가 공정에 용이하다는 측면에서 용액 공정 기반 CISSe 태양전지 연구가 크게 주목 받고 있다. 용액공정 기반 중 하이드라진을 사용 한 경우 매우 높은 효율을 기록하였으나, 하이드라진 자체의 유독성과 폭발성 때문에 분위기 제어가 필요하고 여전히 저가화 및 대면적 제작에 한계가 있다. 따라서 알코올 솔젤 기반 CISSe 태양전지 제작 연구가 많이 진행되었으나, 결정립 성장 및 칼코겐 원자를 공급하기 위해 불가피하게 황화/셀렌화 후속 열처리 공정을 요구한다. 후속 열처리 공정은 폭발성의 황화수소/황화셀레늄 기체 분위기 제어와 고가의 장비를 필요로 한다. 본 연구에서는 매우 안정적이며 저가 용매인 물과 아민계 첨가제를 이용하여 Cu, In 전구체와 S, Se 이 포함된 Cu-In-S 잉크와 Se잉크를 제작하였다. 잉크 내에 S, Se을 첨가 함으로써 추가적인 후속공정 없이 비활성 가스 분위기에서 고품질의 CISSe 박막 제작을 가능케 하였다. 또한 Se 잉크 증착 횟수에 따른 결정 구조, 광학적 성질의 차이에 주목하였다. 따라서 수계 잉크를 대기 중에서 스핀코팅으로 박막을 제작한 후, Hot plate에서 건조하여 균일한 박막을 제조하고, 제작된 박막을 tube furnace에서 환원 분위기 및 비활성 가스 분위기에서 열처리 진행하여 $1.3{\mu}m$ 두께의 고품질의 CISSe 흡수층을 제작하였다. 이러한 흡수층에 대해 XRD, SEM, EDS 분석을 진행하여, 결정성, 미세구조, 및 조성을 확인하였으며, 제작된 흡수층 위에 버퍼층/투명전극층을 차례로 증착하여 CISSe 태양전지를 제작하여 셀 성능 및 양자 효율 특성을 파악하였다. 또한 액상 Raman 분석을 통해 결정립 성장 과정 메커니즘을 제시하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.362-363
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• 2011

태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 부가가치창출에 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 박막태양전지로 판단된다. 화합물반도체 베이스인 CIGS 박막태양전지는 연구실에서는 세계적으로 20.3% 높은 효율을 보고하고 있으며, 모듈급에서도 13% 효율로 생산이 시작되고 있다. 국내에서도 연구실 규모뿐만 아니라 대면적(모듈급) CIGS 박막 태양전지 증착용 장비, 제조공정 등의 기술개발이 진행되고 있다. CIGSe2를 광흡수층으로 하는 CIGSe2 박막 태양전지의 구조는 여러 층의 단위박막(하부전극, 광흡수층, 버퍼층, 상부투명전극)을 순차적으로 형성시켜 만든다. 본 연구에서 광흡수층은 스퍼터링 방법으로 CIG precusor를 먼저 만들고, 그 위에 증발법으로 Se를 증착한 다음, 열처리 조건으로 CIGSe2 박막태양전지를 제작하였다. 제작된 CIGSe2 박막태양전지는 열처리 조건에 따라서 에너지 변환효율이 3.3에서 9.5%까지 다양하게 측정되었으며, 본 연구의 최고효율이 측정된 디바이스에서 개방전압은 0.48 V, 전류밀도는 33 mA/cm였으며, 그리드 전극을 제외한 디바이스의 면적은 0.57 cm2였다. 본 연구에서는 셀렌화 열처리 조건에 따른 CIGSe2 박막태양전지의 효율 측면을 고려하였지만, 더 높은 에너지 변환효율을 갖기 위해서 좀 더 높은 에너지 밴드갭과 개방전압, 낮은 직렬저항과 높은 shunt 저항 값 등의 상호 의존성에 대해서 연구결과들을 논하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.210-213
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• 2006

나노입자를 이용하여 치밀한 $Cu(In,\;Ga)Se_2$ 태양전지용 광흡수층을 제조하기 위해 먼저, 콜로이달 방법으로 합성된 20nm이하의 CIGS 나노입자를 저가의 스프레이 법을 이용하여 CIGS 막을 제조하였다. 제조된 CIGS막을 two-zone RTP (rapid temperature Process) 방법으로 Se 분위기 안에서 열처리를 행하였다. 입자의 치밀화를 위해 기판의 온도, Se 증발온도와 수송가스의 유량을 조절하여 CIGS 입자성장을 행하였다. 그러나, Se의 증발온도가 높을수록 CIGS와 MO 박막 사이에서 $MoSe_2$ 층이 형성되었다. 형성된 $MoSe_2$층의 부피 팽창으로 인해 하부의 유리기판과 Mo층 사이에서 peeling off 현상이 발생했다. 이러한 Peeling off현상을 억제하면서 CIGS 나노입자 성장을 하기 위해, Se 공급을 빨리 할 수 있도록 Se의 증기압을 높였으며, 최적조건에서 급속 열처리 공정을 통해 CIGS 나노입자 성장과 치밀화를 위한 소결거동을 관찰하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.160-160
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• 2013

본 실험에서는 CIGS 흡수층을 스퍼터링 방식과 급속열처리 장비를 이용한 2-step 방식을 이용하여 형성시켰다. 전구체는 DC 스퍼터링 방법으로 $Cu_{0.75}Ga_{0.25}/In$의 다층 전구체를 구성 후, 독성이 없는 셀레늄 팰릿을 graphite 상자에 넣어 급속열처리 장비로 온도를 $475{\sim}680^{\circ}C$로 온도를 조절하면서 셀렌화 하였다. 이렇게 구성된 CIGS 흡수층의 특성을 scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray differection (XRD)를 통해서 측정을 하였다.

• 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 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.704-704
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• 2013

CIGS 박막 태양전지는 I-III-VI족 화합물 반도체로서 직접천이형 에너지 밴드 구조를 가지고 있고, $1{\times}10$ cm의 높은 흡수계수를 가지고 있으며, Ga, Ag, Al을 첨가함으로써 밴드갭을 1~2.7 eV 넓은 범위로 조절가능하다. 본 연구의 목적은 Sputtering 방식과 Cracker cell을 이용한 실험으로 보다 효율적인 방식으로 CIGS 전구체 조성별 특성에 따른 구조와 전기적, 광학적 특성의 효과에 대하여 조사하였다. Cu-In-Ga 전구체는 CuGa(80-20 at.%)과 In(99.0%) target을 사용하여, Sputtering 공정으로 증착하였으며, Cracker cell이 부착된 RTP (rapid thermal processing)를 통하여 셀렌화를 진행하였다. Reservoir zone 온도는 320도, Cracking zone 온도는 900도로 유지하였으며, 진공상태에서 Se이 공급되면서 열처리가 진행되었다.Cu-In-Ga 전구체 구조에서 In의 증착시간을 변화시켜 CIGS 박막에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 이때 기판온도는 $500^{\circ}C$로 고정하거나, $240^{\circ}C$ 열처리 후 $500^{\circ}C$에서 열처리하는 두가지를 적용하여 그 영향을 분석하였다. 또한 Selenium이 Cracking zone 온도와 열처리 시간에 따라 미치는 영향의 변화를 조사하였다. 이에 따른 CIGS 박막의 전기적 특성의 변화를 조사하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.46.1-46.1
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• 2011

본 연구에서는 Cu-In-Se나노입자 합성, 코팅 및 후열처리에 의한 비진공 CIS 박막 제조 공정 및 이를 이용하여 제작한 태양전지의 특성에 대해 고찰하고자 한다. Cu-In-Se 나노입자 전구체는 금속 요오드계 출발물질을 피리딘 용매에, 소듐 셀레나이드를 메탄올에 용해시킨 후 이를 혼합하여 저온 콜로이달 방식으로 제조하였다. 제조된 입자를 Raman 분석 결과, Cu-Se 및 In-Se 이원계 상이 혼재되어 있는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서는 이와 같이 준비된 나노 입자 전구체를 닥터 블레이드 방법으로 코팅 후 셀렌화 열처리한 결과 약 4%의 광변환 효율을 갖는 태양전지를 제작할 수 있었다.

• 한국재료학회지
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• 제18권6호
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• pp.294-297
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• 2008

In this paper, a novel non-vacuum technique is described for the fabrication of a $CuInSe_2$ (CIS) absorber layer for thin film solar cells using a low-cost precursor solution. A solution containing Cu- and Inrelated chemicals was coated onto a Mo/glass substrate using the Doctor blade method and the precursor layer was then selenized in an evaporation chamber. The precursor layer was found to be composed of CuCl crystals and amorphous In compound, which were completely converted to chalcopyrite CIS phase by the selenization process. Morphological, crystallographic and compositional analyses were performed at each step of the fabrication process by SEM, XRD and EDS, respectively.