• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.53.1-53.1
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• 2011

현재 태양전지시장에서 비중이 많은 실리콘 태양전지는 높은 효율에 비해 제조 단가가 비싸다는 단점을 가지고 있다. 이에 비해 칼코파라이트 구조의 $CuInSe_2$ (CIS)계 화합물은 직접 천이형 반도체로서 높은 광흡수 계수($1{\times}105cm-{\acute{e}1$)와 밴드갭 조절의 용이성 및 열적 안정성 등으로 인해 고효율 박막 태양전지용 광흡수층 재료로 많은 관심을 끌고 있다. CIS 계 물질에 속하는 Cu(InGa)$Se_2$ (CIGS) 태양전지의 경우 양산화에 sputtering방식사용하고 Showa Shell에서는 대면적 CIGS 모듈 효율 13.4%를 달성한 바 있다. 현재 CIGS는 열처리하는 방법으로 selenization 공정을 사용하는데 이 공정은 유독한 $H_2Se$ gas를 이용해야 한다는 점과 긴 시간 동안 열처리를 해야 하는 단점을 가지고 있다. 따라서 이러한 단점을 보완하기 위해 본 연구에서는 전자빔을 사용하여 후속 공정을 실시하였다. 전자빔을 사용할 경우 낮은 온도에서 precursor를 처리하며 짧은 시간에 공정이 끝난다는 장점이 있다. 본 연구에서는 sodalime glass위에 조성비(Cu 60.87% Se 38.66%)인 Cu_2Se$ target(4.002"${\times}0.123$") 을 DC sputter를 이용하여 DC power를 50W,100W를 주고 Working pressure를 20,15,10,5,3,1mtorr로 조절하여 증착하였다. 전자빔의 세기 조건을 3Kv, Rf power 200W, Ar 7sccm로 전자빔 조사 시간을 1,2,3,4,5min으로 늘려가며 최적화 실험 하였고 최적화된 조건으로 $Cu_2Se$ target에 조사 하였다. 박막의 특성평가는 전자빔 조사 전/후에 대해 XRD, SEM, XRF, Hall measurement, UV-VIS을 이용하여 분석평가를 하였다. 이 실험은 $Cu_2Se$상이 자라는 특성과 표면 상태에 따라 CIGS박막을 증착하였을 때 나타나는 효율 변화를 알아 보기위한 초기 공정 실험이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권3호
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• pp.249-262
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• 2011

본 연구에서는 댐 붕괴파와 같이 연속 및 불연속 흐름해석에 적용되고 있는 HLLC 기법을 불규칙한 하상지형에서의 흐름해석에 적용할 때 생성항과 흐름률항의 사이의 수치적 불균형으로 인한 수치진동을 감소시키기 위해 well-balanced HLLC 기법과 천수방정식에 근거한 비구조적 유한체적모형을 개발하였으며, 이를 댐 붕괴파 문제에 적용하였다. 적용된 well-balanced HLLC 기법은 단순히 흐름률항을 계산할 때 하상지형경사를 직접 포함시키는 것으로 정상상태의 천이류에 적용하였을 때 생성항과 흐름률항 사이에 수치적 균형이 이루어짐을 확인하였다. 수치모형의 검증을 위해 댐 붕괴파 문제와 관련된 세 가지 서로 다른 수리모형실험과 프랑스 Mapasset 댐 붕괴에 대한 현장사례에 적용하였으며, 적용결과 본 연구에서 개발된 모형은 수리모형실험 그리고 현장에서 관측된 결과와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났으며, 기존의 모형으로부터 계산된 모의결과에 비해 비교적 정확한 결과를 나타내었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.88-88
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• 2011

ZnO는 직접 천이형 반도체로써, 상온에서 3.4eV에 해당하는 띠틈을 가지고 있다. 뿐만 아니라 60meV의 큰 엑시톤 결합에너지를 가지고 있어 단파장 광전 소자 영역의 LED(Light Emitting Diode)나 LD(Laser Diode)에 널리 사용되고 있다. 하지만 일반적으로 격자틈새 Zn(Zni2+)이온이나 O 빈자리(V02+)이온과 같은 자연적인 도너 이온이 존재하여 n-형 전도성을 나타낸다. 그러므로 ZnO계 LED와 LD의 개발에 있어서 가장 중요한 연구 과제는 재현성 있고 안정된 고농도의 p-형 ZnO박막을 성장시키는 것이다. 하지만, 자기보상효과나 얕은 억셉터 준위, 억셉터의 낮은 용해도로 인하여 어려움을 가지고 있다. 본 연구에서는 고품질의 p-형 ZnO박막을 제작하기 위해 AlN를 도핑시킨 ZnO박막을 RF 마그네트론 스퍼터링 법을 이용하여 Ar과 O2분위기에서 성장시켰다. ZnO와 AlN타겟을 동시에 사용하였으며, ZnO타겟에 걸어준 RF 파워는 80W, AlN타겟에 걸어준 RF 파워는 5~20W로 변화시켰다. 박막의 전기적, 광학적 특성은 XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), REELS (Reflection Electron Energy Loss Spectroscopy), XRD (X-ray Diffraction), SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry), AES (Auger Electron Spectroscopy), Hall measurement를 이용하여 연구하였다. XPS측정결과, AlN를 도핑시킨 ZnO박막의 Zn2p3/2와 O1s피크는 undoped ZnO박막의 피크보다 낮은 결합에너지에서 측정되었다. 모든 박막이 결정화 되었으며, (002)방향으로 우선적으로 성장된 것을 확인할 수 있었다. 홀 측정 결과, 기판을 $200^{\circ}C$로 가열하면서 성장시킨 박막이 p-형을 나타내었으며, 비저항(Resistivity)이 $5.51{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}m$, 캐리어 농도(Carrier Concentration)가 $1.96{\times}1018cm^{-3}$, 이동도(Mobility)가 $481cm^2$/Vs이었다. 또한 QUEELS -Simulation에 의한 광학적 특성분석 결과, 가시광선영역에서 투과율이 90%이상으로 투명전자소자로의 응용이 가능하다는 것을 보여주었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.320-320
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• 2012

III-V 화합물 태양전지는 실리콘, CdTe, CIGS, 염료, 및 유기 등 다른 태양전지에 비해 1sun 상 30% 이상의 고효율을 갖고 있고 앞으로도 계속 증가할 수 있는 가능성을 갖고 있다. 그 이유는 직접천이형 밴드갭, 높은 이동도 등의 고성능 물질특성과 더불어 3족과 5족의 비율을 조절함으로써 같은 결정구조를 갖고 에너지 밴드갭이 다른 물질들을 만들기에 용의하여, 태양전지 스펙트럼의 넓은 영역을 흡수할 수 있는 장점이 있기 때문이다. 그러나, 셀자체의 물질이 실리콘에 비하여 고가이므로, 고성능이 요구되는 우주 인공위성등에 적용이 되었지만, 2000년대 이후로 집광에 적용가능한 태양전지의 연구를 거듭하여 2005년부터는 값싼 프레넬 렌즈를 이용하여 1sun에 비해 500배 해당하는 빛을 셀에 집광하여 보다 효율을 증가시킴으로써 지상발전용에도 적용가능한 셀을 형성하게 되었다. 더불어 태양전지의 효율을 증가시키기 위한 개선된 구조적 변화의 시도도 많이 이루어지고 있다. 최근 보고에 의하면 실리콘 태양전지의 표면에 texture 또는 나노 구조를 주어 높은 흡수율과 낮은 반사율을 갖게 함으로써 효율을 증가시키는 사례가 많아지고, III-V 화합물 태양전지도 texturing에 의해 증가된 효율을 발표한바 있다. 본 연구에서는 태양전지의 효율을 증가시키기 위하여 III-V 화합물 태양전지 표면에 micro-hole array texture 구조를 형성한 후 나노 particle을 이용한 나노 texture 구조를 형성하였다. Photo-lithography와 chemical wet etching으로 micro-hole array texture 구조를 형성하였으며 micro-hole의 직경은 $5{\sim}20{\mu}m$, hole과 hole의 간격은 $3{\sim}15{\mu}m$로 다양하게 변화를 주었다. 형성된 micro-hole array texture 구조위에 수십 nm 크기의 particle을 만들어 chemical wet etching으로 나노 texture 구조를 형성하였다. 태양전지 표면에 texture 구조가 있는 경우와 없는 경우에 각각 효율을 측정, 비교 분석하였다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제7권11호
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• pp.84-93
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• 2007

본 논문은 시스템 버스와 IP로 구성되는 SoC 플랫폼 기반의 설계에서 온칩 버스의 소비 전력을 시스템 레벨에서 빠르고 정확하게 추정하는 방법을 제시한다. 제안된 소비 전력 추정 모델링은 시스템 구조 변화에 따른 버스 시스템의 소비 전력 변화를 직접 예측할 수 있고 이에 따라 시스템 구성을 최적화할 수 있다. 본 논문에서 소비전력 모델링은 크게 두 부분으로 구성된다. 하나는 버스 시스템 구조에 따른 버스 로직들이 사용하는 소비 전력이고, 다른 하나는 데이터 전송시 발생하는 신호 천이에 의한 버스 라인의 소비 전력이다. 본 모델링을 타겟 멀티미디어 SoC인 MPEG 인코더에 적용하여 92% 이상의 정확도를 가짐을 보였다. 제안된 모델링은 고성능/저전력 멀티미디어 SoC 설계에 활용 가능할 것으로 기대된다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.27.1-27.1
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• 2009

Chalcopyrite구조의CIS 화합물은 직접천이형 반도체로서 높은 광흡수 계수 ($1\times10^5\;cm^{-1}$)와 밴드갭 조절의 용이성 및 열적 안정성 등으로 인해 고효율 박막 태양전지용 광흡수층 재료로 많은 관심을 끌고 있다. CIS 계 물질에 속하는 $Cu(InGa)Se_2$ (CIGS) 태양전지의 경우 박막 태양전지 중 세계 최고 효율인 20%를 달성한 바 있으며, 이는 기존 다결정 웨이퍼형 실리콘 태양전지의 효율에 근접하는 수치이다. 그러나 이러한 우수한 효율에도 불구하고 박막 증착시 동시증발장치 혹은 스퍼터링장치와 같은 고가 진공장비를 사용하게 되면 공정단가가 높을 뿐만 아니라 사용되는 재료의 20-50%의 손실을 감수해야만 한다. 또한 대면적 Cell제작에 어려움이 있기 때문에 기술개발 이후의 상용화 단계를 고려할 때 광흡수층 박막 제조 공정단가를 획기적으로 낮출 수 있고 대면적화가 용이한 신 공정 개발이 필수적이다. 이러한 관점에서 비진공 코팅방법에 의한 CIS 광흡수층 제조 기술은 CIS 태양전지의 저가화 및 대면적화를 가능케 하는 차세대 기술로 인식되고 있고 최근 급속한 발전을 이루고 있는 미세 입자 합성, 제어 및 응용 기술에 부합하여 많은 세계 연구기관 및 기업체에서 활발히 연구를 진행하고 있다. 비진공 방식에 의한 CIS 광흡수층 제조 기술은 전구체 물질의 형태에 따라 크게 입자형 전구체를 사용하는 방법과 용액 전구체를 사용하는 방법으로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 용액 전구체를 paste 공정으로 실험하였다. 이는 용액전구체 물질 제조가 입자형 전구체 제조에 비해 매우 간단하고, 전구체 물질 내 구성원소의 원자비를 쉽게 조절할 수 있다는 장점 및 사용효율이 높아 소량의 source로도 박막 제작이 가능해 공정 단가 절감에 큰 효과가 기대되기 때문이다. 실험에 사용 된 용액전구체는 $Cu(NO_3)$ 및 $InCl_3$, $Ga(NO_3)$를 Cu, In, Ga 출발 물질로 선정하여 이를 메탄올에 완전히 용해시켜 binder인 셀룰로오즈와 메탄올을 섞은 용액과 혼합하여 전구체 슬러리를 형성하였다. 이 슬러리를 paste공정으로 precursor막을 입히고 저온 건조 후 Se 분위기에서 열처리하여 CIGS박막을 얻을 수 있었다. 박막의 특성을 XRD, SEM, AES, TGA등으로 분석하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제8권4호
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• pp.721-725
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• 2007

무게 센서를 기본으로 한 광파이버는 무게에 민감한 파이버 브래그 격자를 이용한 구조로 되어있다. FBG 본래의 특성을 이용한 센싱과 광파이버 브래그 격자를 통하여 스트레인 효과를 기본으로 하였다. 무게 레벨의 직접적인 표시는 센싱 물질의 팽창으로 말미암아 브래그 파장의 천이에 의하여 알 수 있다. FBG의 동작은 스트레인과 온도에 매우 민감하게 만들기 위해서 본래의 특성에 의한 것으로 특별한 필터와 같다. 이러한 센싱 원리는 무게를 인가한 것으로 FBG를 통해서 스트레인 효과를 기본으로 한 것이다. 실험 구성은 센서의 무게 응답특성을 초기 연구를 통해 이용하였다. 센서로부터 투과된 신호는 0.4nm의 분해능 대역폭을 가지며 광 스펙트럼분석기를 이용하여 관찰하였다. 본 논문에서는 무게에 따른 광파이버 브래그 격자의 중심 파장이 변화하는 것을 이용하는 동시에 작은 격자 부분에 무게로 영향을 주어 FBG의 스펙트럼 특성과 형태를 나타내었으며, 광파이버의 내구성이 사라졌을 때 파장과 스트레인 변화가 제거됨을 알 수 있었다. 즉, 무게에 의해 광파이버가 파괴되면 물리적인 손상을 입게 된다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.405-405
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• 2007

ZnO는 상온에서 3.38eV의 넓은 밴드갭을 가지는 직접천이형 반도체이며, 60meV의 큰 엑시톤 결합에너지를 가지는 UV 영역의 광소자로 응용할 수 있는 물질이다. 특히 ZnO를 이용한 LED에 대한 연구가 최근 활발히 이루어지고 있다. 그러나 n-ZnO/p-ZnO 동종접합 다이오드는 p-ZnO의 재현성이 없고, 낮은 정공농도를 보이기 때문에 n-ZnO를 기반으로 한 이종접합 다이오드의 개발이 필요하게 되었다. 특히 n-ZnO/p-Si 이종접합 다이오드는 낮은 구동전압과 제조단가가 저렴하다는 장점이 있다 또한 n-ZnO를 스퍼터링을 이용하여 증착할 경우 고온에서 성장함에도 불구하고 케리어 농도 및 이동도가 매우 낮다. 반면 MOCVD 법은 대면적 증착이 가능하고 비교적 낮은 온도에서 박막을 성장할 수 있고 전기적 특성 또한 매우 우수하다. 본 연구에서는 p-Si 기판위에 MOCVD 를 이용하여 n-ZnO를 증착하고, 이를 열처리하여 n-ZnO/p-Si 이종접합 다이오드의 특성 변화를 관찰하고자 하였다. n-ZnO/p-Si 시편을 $N_2$ 및 $O_2$ 가스 분위기에서 열처리한 후 소자의 광학적, 전기적 특성을 관찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.132-132
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• 2010

3-5족 화합물 반도체는 직접천이형 반도체이며, 여러가지 우수한 특성으로 인하여 고효율의 태양전지물질로 각광을 받고 있다. 또한 3중접합 구조를 이용한 집광형태양전지의 경우, 40% 이상의 높은 효율을 보인다고 보고 되고 있다. 이러한 고효율 태양전지를 실리콘 기판위에 성장할 경우, 대면적에서의 태양전지제작이 가능해지며, 단가절감이 가능할 것이라고 예상된다. 하지만, 하부셀로 사용되는 게르마늄과 실리콘의 4.2%의 격자상수차이로 인하여, 고품질의 게르마늄 박막을 실리콘 기판위에 성장하는 데에 있어서 많은 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 극복하기 위하여, 저온에서 성장한 게르마늄 박막을 완충층으로 사용하는 2단계 성장법이 제안되었다. 하지만, 2단계 성장법에서 저온 완충막의 성장조건이 게르마늄 박막에 미치는 영향은 명확하지 않다. 본 연구팀은 초고진공 화학기상증착법을 이용하여 순수 게르마늄 박막을 실리콘 기판 위에 성장하였으며, 저온 완충막의 두께를 20 nm에서 120 nm까지 변화시켜서, 완충막의 두께가 게르마늄박막에 미치는 영향에 대해서 연구해 보았다. 그 결과, 40 nm이하의 두께를 갖는 완충막을 사용할 경우, 박막 내부에 실리콘 게르마늄을 형성하면서, 거친 표면이 형성되었다. 반면에, 40 nm보다 두꺼운 완충막을 사용할 경우 평탄한 표면을 갖는 순수게르마늄박막이 형성되었다. 이를 통해서, 순수 게르마늄박막 성장을 위해서는 일정 두께 이상의 저온 완충막이 사용되어야함을 알 수 있었다. 또한 게르마늄박막의 관통 전위 밀도를 분석해 본 결과 완충막의 두께가 80 nm까지 두꺼워짐에 따라서 초기에는 관통전위밀도가 $1.2\;{\times}\;10^6\;cm^{-2}$ 까지 감소하는 경향을 보였으나, 완충막의 두께가 더욱 증가할 경우 관통전위밀도가 증가하였다. 이러한 결과를 바탕으로 저온 완충막의 두께를 조절함으로써 최적화된 게르마늄의 성장이 가능함을 확인할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.24-24
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• 2010

Chalcopyrite $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) 화합물 반도체는 고효율 박막태양전지의 광 흡수층으로 사용되는 물질 중 가장 우수한 효율 (19.9%, NREL 2008)을 보유하고 있다. CIGS는 직접천이형 에너지밴드갭 (direct bandgap)을 가지고 있고, 광흡수계수가 $1{\times}10^5\;cm^{-1}$로서 반도체 중 서 가장 흡수율이 높은 재료에 속하여 두께 $1{\sim}2\;{\mu}m$의 박막으로도 고효율의 태양전지 제조가 가능하고, 또한 장기적으로 전기광학적 안정성이 매우 우수한 특성을 지니고 있다. 현재 고효율 CIGS 셀생성을 위해 널리 사용되고 있는 CIGS 흡수층 성장공정은 "co-evaporation(동시증발법)"과 2-step 공정이라 불리는 "sputter-selenization(스퍼터-셀렌화)" 방법이다. 동시증발법은 개별원소 Cu, In, Ga, Se 들을 고진공 분위기에서 고온 ($550{\sim}600^{\circ}C$)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. 스퍼터-셀렌화 공정은 1단계에서 스퍼터링 방식으로 CuGaIn 전구체를 증착하고, 2단계에서 고온($550{\sim}600^{\circ}C$)하에 $H_2Se$ 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 $H_2Se$ 및 Se vapor의 유독성, 기상 Se과 금속전구체 간의 느린 셀렌화 반응속도, 셀렌화반응 후 생성된 CIGS 박막 두께방향으로의 Ga 불균일분포, 생성된 CIGS/Mo 계면 접착력 저하등의 문제점들이 해결되어야만 상업화에 성공할 수 있을 것이다. 본 Tutorial에서는 CIGS 물질의 열역학 상평형과 반응메카니즘에 대해 설명하고, 다양한 생성 공정들을 소개할 것이다.