• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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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.

• 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 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.236-236
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• 2010

단일접합 $n^+-p/p^+$ (p-emitter) 및 $p^+-n/n^+$ (n-emitter) GaAs 태양전지 (Solar Cell)를 각각 제작하여, 그 소자특성을 비교 분석하였다. AM 1.5 (1 sun, $100\;mW/cm^2$) 표준광을 조사할 경우, p-emitter/n-emitter 소자의 개방회로전압 (Voc), 단락회로전류 (Jsc), 충전율 (FF), 효율 (Eff)은 각각 0.910/0.917 V, $15.9/16.1\;mA/cm^2$, 78.7/78.9, 11.4/12.1%로서, n-emitter 소자가 다소 크지만 거의 비슷한 값을 가지고 있었다. 태양전지의 집광 특성을 분석하기 위하여 조사광의 출력에 따른 태양전지의 소자 특성을 측정하였다. 조사광 강도가 높아짐에 따라 p-emitter 소자의 특성은 점진적으로 증가하는 반면, n-emitter는 1.3 sun에서 약 1.4 배의 최대 효율 (17%)을 나타내고 조사광이 더 증가함에 따라 급격히 감소하는 특성을 보여 주었다. (그림 참고) 본 연구에서 사용한 2종류 소자의 층구조는 서로 반대되는 대칭구조로서, 모두 가까이에 위치하고 있는 표면전극 (surface finger) 방향으로 소수전하 (minority carrier)가 이동하고 다수전하 (majority carrier)는 기판 (두께 $350\;{\mu}m$)을 통한 먼 거리의 후면전극 (back electrode)으로 표류 (drift)되도록 설계되어 있다. 이때, n-emitter에서는 이동도 (mobility)와 확산길이 (diffusion length)가 높은 전자가 후면전극으로 이동하기 때문에 적정밀도의 전자-정공 쌍 (EHP)이 여기될 경우에는 Jsc와 Eff가 극대화되지만, 조사광 강도 또는 EHP가 더 높아질 경우에는 직렬저항의 증가와 함께 전류-전압 (I-V)의 이상인자 (ideality factor)가 커짐으로서 FF와 효율이 급격히 감소한 결과로 분석된다. 현재 전산모사를 통한 자세한 분석을 진행하고 있으며, 본 결과는 효율 극대화를 위한 최적 층구조 및 도핑 밀도 설계에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.571-571
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• 2013

본 연구에서는 유연 유기태양전지용 플렉시블 InZnSnO (IZTO)/PEDOT:PSS 투명전극을 제작하고 그 특성을 연구하였다. 이를 위해 선형 대향 타겟 스퍼터(Linear Facing Target Sputtering: LFTS) 시스템을 이용하여 그라비아 프린팅된 PEDOT:PSS/PET 매우 얇은 IZTO 투명전극을 성막하였다. 일반적으로 PEDOT:PSS 전극은 수분/산소에 약하지만 매우 얇은 IZTO passivation 층을 코팅함으로써 PEDOT:PSS의 안정성을 향상시키는 동시에 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. 이러한 PEDOT:PSS 기반 하이브리드 투명 전극을 제작하기 위해 IZTO 두께를 5 nm에서 40 nm 까지 조절하여 IZTO/PEDOT:PSS 다층 투명전극을 제작하였으며, 이때 IZTO 두께 변수에 따라 제작된 하이브리드 IZTO/PEDOT:PSS 투명전극의 전기적, 광학적 특성을 분석하였다. 최적화된 20 nm의 IZTO의 두께에서 IZTO/PEDOT:PSS 하이브리드 투명전극은 PEDOT:PSS 단일층으로 제작된 플렉서블 투명전극과 동일한 우수한 유연성을 가짐과 동시에 PEDOT:PSS 단일층보다 현저히 낮은 면저항 값(353.6 ohm/sq.)과 높은 광투과율(83.09%)을 나타내었다. 최적화된 IZTO/PEDOT:PSS 투명전극으로부터 제작된 플렉서블 유기태양전지는 IZTO의 passivation 특성으로 인해 PEDOT:PSS 단일막을 이용하여 제작된 플렉시블 투명전극보다 우수한 소자효율을(FF: 59.04%, Voc: 0.588 V, Jsc: 7.554 mA/cm2, PCE: 2.622%) 나타내었다. 이러한 결과들은 LFTS 공법으로 PEDOT:PSS위에 성막된 IZTO passivation 층이 PEDOT:PSS의 특성을 향상시킬 뿐만 아니라, PEDOT:PSS의 안정성도 향상시킬 수 있기 때문에 기존 PEDOT:PSS 기반 투명 전극의 문제점을 해결할 수 있는 해결책으로 적용이 가능하다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.192-192
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• 2013

본 연구에서는 RF/DC 마그네트론 스퍼터링 시스템을 이용하여co-sputtering 방법으로 성장시킨 고이동도를 갖는Ge-doped $In_2O_3$In2O3 (IGO) 박막의 전기적, 광학적, 구조적 특성을 평가하고, 이를 유기태양전지와 유기발광다이오드에 적용함으로써 고이동도 IGO 투명전극의 소자 적용가능성을 타진하였다. GeO2 타겟에 인가되는 도핑 Power와 급속열처리 온도가 30 W, $500^{\circ}C$일 때, 최적화 된 IGO 박막으로부터 $2.8{\times}10^{-4}$ Ohm-cm의 낮은 비저항과 86.9% (550 nm)의 높은 투과도를 확보하였다. 뿐만 아니라 Near Infra-red (750~1,200 nm) 영역에서의 IGO투명전극의 광투과율이 결정질의 ITO보다 높은(약15%) 투과도를 보이는 것을 통해 IGO박막의 높은 LAS (Lewis Acid Strength) 값을 가지는 Ge 원소의 도핑이 NIR 영역의 광투과율 향상에 미치는 영향을 확인할 수 있었다. 최적 조건의 IGO 박막을 적용하여 Fill Factor 67.38%, Short circuit current density 8.43 mA/cm2, open circuit voltage 0.60 V, efficiency 3.44%의 유기태양전지 및 19.24%의 외부양자효율을 갖는 유기발광다이오드를 제작함으로써 결정질 ITO 전극(20.05%)을 대체할 수 있는 고투과, 고이동도 IGO 투명 전극 및 이를 이용한 광전소자 적용 가능성을 타진하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.225-225
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• 2008

ITO (Indium-tin oxide) 박막은 평판디스플레이, 유기발광소자, 박막태양전지 등 다양한 광전자소자의 투명전극으로 폭 넓게 이용되고 있다. 하지만 Si 박막태양전지의 투명전극에 요구되는 특성으로는 가시광 영역에서의 고투과율 및 고전도도 외에, 수소 플라즈마 분위기에서의 화학적 고안정성이 강하게 요구된다. 왜냐하면, 최근 Si 박막태양전지의 고효율화를 위해 미결정질 Si 박막 및 나노결정 Si 박막이 이용되고 있는데, 이러한 박막은 Si 원료가스를 고농도의 수소가스로 희석한 공정조건에서 플라즈마 CVD 증착기술을 이용하여 제조되기 때문에 투명 전극재료가 화학적으로 안정하지 않으면 계면특성의 열화로 인해 태양전지 효율이 저하되는 요인으로 작용하기 때문이다. 본 연구에서는 박막태양전지용 ITO계 투명전극의 수소 플라즈마에 대한 물리적 특성 변화를 조사하기 위하여 combinatorial sputter를 이용해 Ga 및 Zn의 도핑량을 연속적으로 변화시킨 ITO 박막을 제조하였고, $H_2$ plasma 중에 일정 시간 노출 시킨 후 박막의 물리적 특성 변화를 관찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.99.2-99.2
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• 2015

현재 투명전극(Transparent Conductive Oxide: TCO)은 평판 디스플레이, 태양전지, 터치패널, 투명 트렌지스터의 전극 등 여러 분야에서 연구되어지고 있으며, 주로 IT 산업의 핵심재료로 ITO (Indium Tin Oxide)가 사용되고 있다. ITO 박막은 주로 스퍼터 공정을 통해 제작이 되며, 전기전도도가 우수하며 높은 Optical Band Gap을 가지고 있어 투명전극으로 많이 사용되고 연구되어지고 있다. 산화물 박막을 증착할 때 산소유량에 따라 박막의 물성이 변하거나 박막의 특성이 저하되는 현상 등을 가지고 있어 공정시 산소유량이 중요한 변수로 작용하게 된다. 본 연구에서는 증착 공정 중 발생하는 플라즈마의 방출광을 가지고 산소의 대표적인 파장의 방출광을 관찰하여 방출광이 변화함에 따라 실시간으로 산소가스유량이 제어됨을 확인하였으며, 또한 산소유량제어를 통해 생성된 박막의 전기적 특성 및 광학적 특성 등 박막의 물성을 비교하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.197-197
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• 2010

본 연구에서는 RF/DC dual 마그네트론 스퍼터 시스템을 이용하여 Glass 기판 상에 유기태양전지용 Nb-doped $TiO_2$ (NTO)/Ag/NTO 다층 투명전극을 성막하고 이 다층 투명전극을 $200^{\circ}C{\sim}700^{\circ}C$ 온도 범위에서 급속 열처리 (Rapid Thermal Annealing ; RTA)를 통하여 전기적, 광학적, 구조적 및 표면의 특성 변화를 연구하였다. Hall effect measurement, UV-Vis spectrometer, FESEM 분석을 통하여 다층투명전극의 전기적, 광학적, 표면분석을 하였고 Synchrotron 분석을 통하여 온도에 따른 구조변화를 분석하였다. 상온에서 성막된 다층투명전극은 30nm 두께의 NTO 박막 사이에 얇은 9nm의 얇은 Ag 층을 삽입한 구조로써 10ohm/square 이하의 매우 낮은 면저항과 ${\sim}10^{-5}\;ohm-cm$ 의 비저항, Anti-reflection 효과에 의해 85% 이상의 높은 광투과성을 나타내었다. RTA 온도가 증가함에 따라 전기적, 광학적 특성은 약간 향상되었고 비정질 구조를 유지함을 알 수 있었다. 그러나 높은 온도범위에서는 비정질 구조에서 Anatase 상으로 결정구조가 변화함을 알 수 있었고 전기적, 광학적 특성이 감소됨을 알 수 있었다. NTO/Ag/NTO 다층 투명전극을 유기태양전의 Anode로 적용하여 특성을 비교한 결과 RTA 온도가 증가함에 따라 유기태양전지의 효율 또한 증가하였고 최적화된 온도 조건에서 2.49% 의 높은 효율을 얻을 수 있었다. 이를 통해 우수한 특성을 나타내는 NTO/Ag/NTO 다층투명전극이 기존의 디스플레이 및 태양전지 등의 투명전극 재료로 주로 사용되어 온 ITO (Indium Tin Oxide) 를 대체 할 수 있는 재료로써의 가능성을 제시하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.52-52
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• 2010

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 태양전지를 flexible하게 제조 할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 flexible 태양전지의 경우 기존의 rigid 태양전지의 적용분야 뿐만 아니라 BIPV, 선박, 장난감, 군용, 자동차등 더욱더 많은 분야에 활용이 가능하다. 하지만 flexible 태양전지에 사용되는 철강기판의 경우 기존의 유리 기판인 SLG에 함유되어 있는 Na이 첨가되어 있지 않아 별도의 Na 첨가가 필요하다. Na은 CIGS 광흡수층의 결정을 증가 시키며 태양전지의 전기적 특성을 향상시킨다. 이러한 Na이 없는 경우 효율이 감소한다. 따라서 flexible 태양전지 개발을 위해서는 Na 첨가에 대한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 Na의 증착 순서를 변화시켜서 CIGS 증착 전, 동시증착, CIGS 증착 후로 나누어 CIGS 광흡수층 결정성의 변화를 알아보고자 한다. Na의 두께를 5nm에서 500nm 까지 단계 별로 나누어 실험을 실시하였다. 이때 CIGS 광흡수층은 미국의 NREL과 같은 3 stage 방식을 이용하였다. 1st stage의 시간은 15분으로 고정하였으며 기판온도는 약 $300^{\circ}C$로 고정 하였다. 2nd stage는 실시간 온도 감지 장치를 이용하여 Cu와 In+Ga의 조성비가 1:1이 되는 시간을 기준으로 Cu의 조성을 30%더 높게 조절하였으며 기판 온도는 약 $640^{\circ}C$로 고정 후 실험을 실시하였다. 3rd stage의 경우 Cu poor 조성으로 조절하기 위해 모든 조건을 10분으로 고정 후 실험을 실시하였다. 기판은 Na의 영향만을 비교하기위하여 Na이 첨가되어있지 않은 corning glass를 사용하였다. 후면 전극으로 약 $1{\mu}m$ 두께의 Mo을 DC Sputtering 방법을 이용하여 증착 하였다. 각각의 Na 두께에 따른 CIGS 광흡수층의 특성을 분석하기 위해 FE-SEM, XRD 분석을 실시하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.182.1-182.1
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• 2015

Transparent conducting oxides (TCOs)는 높은 투과율과 낮은 전기전도도를 갖고 있어 광다이오드, 태양전지 등 광소자에 적용하기 위해 많은 연구가 진행되어 왔다. 특히 Indium oxide 계열의 박막은 TCO 물질 중 하나로서 3.6 eV 의 wide bandgap을 가지고 있고, 높은 투과율과 낮은 전기 전도도 (< $10-3{\Omega}cm$)를 보여 다양한 응용이 가능해 오랫동안 연구 되어 지고 있다. 게다가 Indium oxide 계열의 박막은 낮은 가격과 화학적 안정성, 공정과정의 편의성 등 다양한 이점을 가지고 있어서 현재는 더 낮은 가격으로 생성해 더 높은 효율을 만드는데 관심이 집중되고 있다. 이러한 박막은 태양광 흡수층에서 생성되는 캐리어의 이동 및 외부 전극과의 접촉에서 발생하는 손실을 줄이기 위한 전극용 소재로 연구되어지고 있다. 본 연구에서는 Indium Molybdenum Oxide 박막을 Indium oxide와 Molybdenum 타겟을 이용하여 co-sputtering 방법으로 증착하였다. Indium molybdenum oxide 박막은 일정한 Mo 도핑농도와 일정한 Ar 개스 분압에서 다양한 기판온도 변화를 통해 증착하였다. 제작된 Indium molybdenum oxide 박막은 Hall Effect Measurement, Ultraviolet-Visible spectroscopy 및 X-Ray Diffraction (XRD) 등을 분석해 기판의 온도변화에 따른 전기비저항 및 광 투과도의 특성변화를 조사하였다.