Thin film solar cells with chalcopyrite $CuInSe_2/Cu(In,Ga)Se_2$ absorber materials, commonly known as "CIS/CIGS solar cells" have recently attracted significant research interest as a potential alternative energy-harvesting system for the next generation. Among the different deposition techniques available for the CIGS absorber layer, electrodeposition is an effective and low cost alternative to vacuum based deposition methods. This article reviews progress in the area of CIGS solar cells with an emphasis on electrodeposited absorber layer. Existing challenges in fabrication of stoichiometric absorber layer are highlighted.
$CuInSe_2$(CIS) chalcopyrite 물질은 고효율 박막 태양전지를 위한 광흡수층의 물질로 매우 잘 알려져 있다. 최근 태양광 산업의 흐름은 안정적인 재료 개발과 가격 경쟁력 있는 태양전지를 위한 효율적인 제조 공정을 일치시키는 것이다. 저가의 CIS 광흡수층 위해 다양한 방법으로 제조를 시도하였고, 본 논문에서는 CIS 광흡수층을 저가형으로 제조를 위해 상용화되는 6 mm pieces를 사용하여 high frequency ball milling과 cryogenic milling을 이용해 CIS 나노입자를 얻었다. 그리고, CIS 광흡수층은 불활성 분위기의 glove box 안에서 milling된 나노입자를 사용하여 paste coating법으로 제조하였다. Chalcopyrite CIS 박막은 기판온도 550도에서 30분간 셀렌화 한 후 성공적으로 제조되었으며, Al/ZnO/CdS/CIS/Mo 구조의 CIS 태양전지는 evaporation, sputtering 및 chemical bath deposition(CBD) 등 다양한 증착 방법으로 각각 제조하였다. 결론적으로, 나노입자를 이용한 CIS 태양전지 전기적 변환효율은 1.74 %를 얻었으며, 개방전압(Voc)는 29 mV, 합선전류밀도(Jsc)는 35 $mA/cm^2$, 그리고 충진율(FF)은 17.2 %였다. 나노입자 CIS 광흡수층은 energy dispersive spectroscopy(EDS), x-ray diffraction(XRD) 그리고 high-resolution scanning electron microscopy(HRSEM) 등으로 특성 분석을 하였다.
Kim, Ik-Sik;Lee, DooYoul;Sohn, Kyung-Suk;Lee, Jung-Hun;Bae, JoongWoo
Elastomers and Composites
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제54권2호
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pp.110-117
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2019
The characterization of the ozone oxidation for raw natural rubber (NR) was investigated under controlled conditions through image and fourier transform infrared (FT-IR) analysis. The ozone oxidation was performed on a transparent thin film of raw NR coated on a KBr window in a dark chamber at $40^{\circ}C$ under low humidity conditions to completely exclude thermal, moisture, or light oxidation. The ozone concentration was set at 40 parts per hundred million (pphm). Before or after exposure to ozone, the image of the thin film for raw NR was observed at a right or tilted angle. FT-IR absorption spectra were measured in the transmission mode according to ozone exposure time. The ozone oxidation of NR was determined by the changes in the absorption peaks at 1736, 1715, 1697, and $833cm^{-1}$, which were assigned to an aldehyde group (-CHO), a ketone group (-COR), an inter-hydrogen bond between carbonyl group (-C=O) from an aldehyde or a ketone and an amide group (-CONH-) of protein, and a cis-methine group ($is-CCH_3=CH-$, respectively. During ozone exposure period, the results indicated that the formation of the carbonyl group of aldehyde or ketone was directly related to the decrement of the double bond of cis-1,4-polyisoprene. Only carbonyl compounds such as aldehydes or ketones seemed to be formed through chain scission by ozone. Long thin cracks with one orientation at regular intervals, which resulted in consecutive chain scission, were observed by image analysis. Therefore, one possible two-step mechanism for the formation of aldehyde and ketone was suggested.
A non-vacuum process for fabrication of $CuInSe_2$ (CIS) absorber layer from the corresponding Cu, In solution precursors was described. Cu, In solution precursors was prepared by a room temperature colloidal route by reacting the starting materials $Cu(NO_3)_2$, $InCl_3$ and methanol. The Cu, In solution precursors were mixed with ethylcellulose as organic binder material for the rheology of the mixture to be adjusted for the doctor blade method. After depositing the mixture of Cu, In solution with binder on Mo/glass substrate, the samples were preheated on the hot plate in air to evaporate remaining solvents and to burn the organic binder material. Subsequently, the resultant CI/Mo/glass sample was selenized in Se evaporation in order to get a solar cell applicable dense CIS absorber layer. The CIS absorber layer selenized at $530^{\circ}C$ substrate temperature for 30 min with various Se gas evaporation temperature was characterized by XRD, SEM, EDS.
Kim, Ik-Sik;Cho, Hwanjeong;Sohn, Kyung-Suk;Choi, Hwa-Soon;Kim, Sung-Uk;Kim, Sinkon
Elastomers and Composites
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제55권1호
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pp.51-58
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2020
In this study, the thermal oxidation of raw natural rubber (NR) was investigated under controlled conditions by optical image and fourier transform infrared (FT-IR) analysis. The thermal oxidation was performed on a transparent thin film of raw NR coated on a KBr window in a dark chamber at 80℃ under low humidity conditions to completely exclude moisture and restrict light oxidation. Images of the thin film of raw NR were obtained before and after thermal oxidation. FT-IR absorption spectra were measured in the transmission mode at different thermal exposure times. The thermal oxidation of NR was examined by the changes in the absorption peaks at 3449, 1736, 1447, 1377, 1242, 1072, and 833 cm-1, which corresponded to a hydroxyl group (-OH), a carbonyl group (-C=O) from an aldehyde and a ketone, a methylene group (-CH2-), a methyl group (-CH3), a carbon-oxygen single bond (-C-O) from an epoxide, a carbon-oxygen bond (-C-O) from an ether, an alcohol, a peroxide, or a cyclic peroxide, and a cis-methine group (cis-CCH3=CH-), respectively. In the initial stage of thermal oxidation, two different types of free radicals were produced quickly and randomly by the homolytic cleavage of a double bond and allylic hydrogen abstraction. Aldehydes and ketones were formed from chain scissions of the double bonds and alcohols were produced from allylic hydrogen abstraction at the methylene or methyl groups. Two reactions seemed to proceed competitively with each other. At a later stage, oxidative crosslinks seemed to dominate through the combination of free radicals such as an allyl radical (CH=CHCH2·), alkoxy radical (RO·), and peroxy radical (ROO·) and the reaction of a hydroperoxide (-ROOH) with a double bond. The image obtained after thermal oxidation showed hardening without cracks. Based on these observations, a plausible two-step mechanism was suggested for chain hardening caused by the thermal oxidation.
I-III-VI족 화합물 반도체인 $CuInS_2$(CIS) 박막은 Cu(In,Ga)$Se_2$에 비해서 독성원소를 사용하지 않으므로 환경 친화적이고 Ga, Se를 사용하지 않아 조성의 조절이 쉬우며 태양전지의 이상적인 밴드갭인 1.5 eV에 근접한 1.53 eV의 직접천이형 에너지 밴드갭을 가지고 있어 태양전지의 광흡수층으로써 유망한 재료이다. CIS 박막 증착에는 다양한 방법이 있으며 본 연구에서는 chamber를 진공으로 만들고 CIS를 구성하는 용액으로부터 미립자화 된 입자를 노즐을 통하여 팽창시켜 에어로졸을 생성하고 입자들의 운동에너지를 증착에 직접 이용 할 수 있는 Aerosol Jet Deposition (AJD)라는 방법을 이용하려고 한다. 이 방법은 높은 증착속도로 우수한 박막을 성장시킬 수 있는 저비용 및 단순공정으로 CIS를 증착 할 수 있는 새로운 방법이다. 물을 용매로 하여 수용액 상태의 $CuCl_2{\cdot}2H_2O$, $InCl_3$, $(NH_2)_2CS$를 혼합하여 CIS 용액을 제조하고 carrier gas를 주입하여 CIS 용액을 노즐로 이동시켜 팽창시킨다. 용액이 팽창되면서 온도가 감소하여 응축이 일어나며 이 응축된 용액이 가열된 기판 위에 충돌하여 용매가 증발하면서 결정화된 CIS가 증착이 된다. CIS의 특성은 용액의 전구체 비율, 기판 온도, 팽창 전 압력, chamber 압력 등의 영향을 받는데 본 연구에서는 기판 온도를 증착변수로 선택하여 CIS 박막을 증착하고 박막의 특성을 고찰하고자 한다.
In this work, the nanocrystalline ZnO/polycrystalline (poly) aluminum nitride (AlN)/Si structure was fabricated for humidity sensor applications based on surface acoustic wave (SAW). In this structure, the ZnO film was used as sensing material layer. These ZnO and AlN(0002) were deposited by so-gel process and a pulse reactive magnetron sputtering, respectively. These experimental results showed that the obtained SAW velocity on AlN film was about 5128 m/s at $h/\lambda$=0.0125 (h and $\lambda$ is thickness and wavelength, respectively). For ZnO sensing layers coated on AlN, films have hexagonal wurtzite structure and nanometer particle size. The crystalline size of ZnO films annealed at 400, 500, and 600 $^{\circ}C$ is 10.2, 29.1, and 38 nm, respectively. Surface of the film exhibits spongy which can adsorb steam in the air. The best quality of the ZnO film was obtained with annealing temperature at 500 $^{\circ}Cis$. The change in frequency response (127.9~127.85 MHz) of the SAW humidity sensor based on ZnO/AlN structure was measured along the change in humidity (41~69%). The structural properties of thin films wereinvestigated by XRD and SEM.
We synthesized the simple triethoxysilanes (SGDR1) bearing a disperse red 1 for thin film fabrication. The thin films were prepared using the solution of SGDR1 after hydrolysis and condensation. The films were annealed at two different temperatures such as $150^{\circ}C$ and $200^{\circ}C$. Trans-to-cis photoisomerization was observed under the exposure of 532 nm light with UV-Vis absorption spectroscopy. The kinetic study of photoisomerization was performed in the film. Reorientation of the polar azobenzene molecules induced optical anisotropy under a linearly polarized light at 532 nm. The effect of aggregation of the chromophores and annealing of the silicon oxide in the matrix were studied on the dynamic properties of isomerization and induced birefringence.
광감응성 azobenzene 그룹이 분자의 주위 환경에 따라 광이성화 반응이 변화하는 것을 in-situ UV/Vis 분광 실험법과 광학 이방성 측정법을 이용하여 조사하였다. 4-Hyhoxyazobenzene을 포함하는 필름에 광조사함과 동시에 trans-isomer와 cis-isomer 특성 피크의 세기 변화를 측정하여 azobenzene 그룹의 가역적이며 반복적인 광이성화 반응을 알수 있었다. Azobenzene 자기조립체 박막이 입혀진 기판을 액정 셀의 배향막으로 사용하여 액정의 배향을 유도하였을 때, trans-azobenzene 그룹들이 조밀한 packing을 하며 기판에 수직으로 배열한 자기조립체 구조 때문에 액정 분자들도 수직 homeotropic 배향을 하였다. 이와 같은 자기조립체 박막의 액정 셀에 UV 빛을 노광하면 azobenzene그룹이 광이 성화 반응을 일으켜 cis-isomer로 변하게 되며, 이로 인해 액정의 배향이 수직에서 수평 planar 배향으로 변함을 알 수있었다.
Electrostatic spray deposition is an innovative coating technique that produces fine, uniform, self-dispersive (due to the Coulombic repulsion), and highly wettable, atomized drops. Copper-indium salts are dissolved in an alcohol-based solvent, which is then electrostatically sprayed onto a moderately heated, molybdenum-coated substrate. Solvent flowrates range from 0.02 to 5 ml/hr under applied voltages of 1 to 20 kV yielding drop sizes around a few hundred nanometers. By comparing the scanning electron miscrscope images of coated samples, the substrate temperature, applied voltage, solvent flowrate, and nozzle-substrate distance are demonstrated to be the primary parameters controlling coating quality. Also, the most stable electrostatic spray mode that reliably produces uniform and fine drops is the cone-jet mode with a Taylor cone issuing from the nozzle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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