• Journal of the Korea Convergence Society
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• v.13 no.3
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• pp.197-202
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• 2022

The CZTS solar cell is a thin film solar cell using an absorption layer composed of Cu, Zn, Sn, Se, and S, and is cheaper than a CIGS solar cell using In and Ga and more eco-friendly than a perovskite and CdTe solar cell using Pb and Cd. In this study, we conducted a bending test for flexible CZTS solar cells. Experiments were conducted in the direction of inner benidng with compressive stress and outer bending with tensile stress, and during the number of bending 1,000 times with a radius of curvature of 50 mmR, the efficiency of the solar cell decreased by up to 12.7%, and the biggest cause of efficiency reduction in both directions was a large decrease in parallel resistance.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.308.2-308.2
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• 2013

Cu2ZnSnSe (CZTS)는 CuInSe2 (CIS) 중 희소 원소인 In을 Zn 및 Sn 으로 치환하여 만든 화합물 반도체이다. CZTS 의 특징은 그 구성원소가 지각 중에 풍부하게 존재하고, 모든 원소의 독성이 극히 낮다는 것이다. 이에 비해 CIS 중에 In과 Se 의 지각 함유량은 0.05 ppm 이하이다. 따라서 CZTS 는 값이 싼 범용 원소만으로 구성된 새로운 태양전지 재료가 된다. 본 연구에서는 다양한 Se 비율로 동시 증발법으로 증착된 CZTS 박막의 후속 열처리 효과에 관하여 발표하고자 한다. 증착된 CZTS 박막은 적정량의 Se 비율과 후속 열처리를 통해서 이차상이 없는 CZTS 결정성을 나타내는 XRD 결과를 보여주었으면, 3.6% 의 효율을 보여주었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.25-25
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• 2010

Cu(In, Ga)$Se_2$ (CIGS), $CuInS_2$ (CIS) 등의 Se, S계 화합물 박막 소재를 활용한 태양전지는 높은 광흡수 계수, 상대적으로 높은 효율, 화학적 안정성, 도시적인 미관 등으로 인하여 최근 부각되고 있다. 하지만 CIGS, CIS 등의 Se, S계 박막 소재는 상대적으로 매장량이 적은(희유 원소) In, Ga을 사용하고 있는 약점이 있으며 특히 In의 경우는 LCD Display에 사용되는 ITO 필름으로 인해 가격이 상승하고 있다. 따라서 결정질 실리콘 태양전지의 경험에서와 같이 생산량의 급증에서 기인하는 소재 부족 문제를 미연에 방지하고 안정적인 성장을 이루기 위해서는 희유 원소인 In과 Ga을 저가 범용원소로 대체 하는 기술을 추가적으로 개발해야 한다. $Cu_2ZnSnS_4$ (CZTS) 박막 태양전지는 Se, S계 태양전지에서 III 족 원소인 In, Ga을 II-IV 원소인 Zn와 Sn으로 대체하는 기술로 기존의 CIGS계 태양전지가 보유하고 있는 장점을 유지하면서 저가 태양전지를 구현할 수 있는 대체 물질로 최근 많은 관심을 받고 있다. CZTS 박막 태양전지 관련 세계 기술동향 조사에 따르면, 최근 2008년에 일본 Nagaoka 대학의 Katagiri 그룹에서 스퍼터를 이용하여 제조한 CZTS 박막 태양전지의 최고 효율이 6.77%가 됨을 보고하였고, 2010년 초에는 IBM에서 스핀코팅법을 이용하여 제조한 CZT(S, Se) 박막 태양전지의 효율을 9.66%까지 올릴 수 있음을 Advanced Materials에 보고하였다. 본 발표에서는 우선 CZTS 박막태양전지 제조 및 특성 분석 관련 개요 및 세계 기술 개발 동향 분석 결과를 설명할 것이다. 또한 본 실험실, 에너지 기술 연구원 및 KIST, 영남대 등 국내에서 진행되고 있는 CZTS 관련 기술 개발 현황에 대하여 설명할 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.407.2-407.2
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• 2016

Cu2ZnSnS4 (CZTS) 박막은 낮은 가격과 유리한 특성을 가지므로서 차세대 박막 태양전지에서 이상적인 흡수층 물질 중 하나로 여겨지고 있다. 우리는 CZTS 박막 태양전지를 합성하는 데 있어서 Zn와 ZnS를 전구체에 사용하여 이에 따른 특성 차이를 연구하였다. 열처리 한 박막은 Zn와 ZnS를 사용하였을 때 특성 차이를 조사하기 위하여 여러 분석을 진행하였다. CZTS 박막의 미세구조와 조성 분포, 전기적 특성을 살펴보았다. Zn를 사용한 CZTS 박막은 큰 입자크기와 더 적은 영역에서 Zn가 집중되어 있는 층을 가진다. CZTS와 Mo 경계인 이 영역에 ZnS 2차상이 존재함을 의미하며 Zn 타겟을 사용하였을 때 더 낮은 Zn 조성을 가지는 것을 확인하였고 이는 결과적으로 접합 특성의 향상을 가져온다. 제작 된 CZTS 태양 전지 소자에서 이러한 이유로 Zn를 사용하였을 때 5.06%로 ZnS를 사용하였을 때에 비하여 더 높은 효율을 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.321.1-321.1
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• 2013

높은 광흡수 계수를 갖는 Cu(In,Ga)Se2(CIGS) 화합물 박막 소재는 고효율 태양전지 양산을 위해 가장 전도유망한 재료이나 상대적으로 매장량이 적은 In 및 Ga을 사용한다는 소재적 한계가 있다. Cu2ZnSnSe4(CZTSe) 혹은 Cu2ZnSnS4(CZTS)와 같은 Cu-Zn-Sn-Se계 화합물 반도체는 CIGS 내 희소원소인 In과 Ga이 범용원소인 Zn 및 Sn으로 대체된 소재로써 미래형 저가 태양전지 개발을 위해 활발히 연구되고 있는데, 그 화합물 조합에 따라 0.8eV부터 1.5eV까지의 에너지 밴드갭을 갖는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 열분해법으로 CZTS 나노 입자를 합성하였다. 용매로 Oleylamine을 사용하였는데, $260{\sim}340^{\circ}C$의 온도 범위에서 5시간 30분 동안 CZTS 나노입자를 합성하였고, $300^{\circ}C$에서 5시간 30분~9시간까지 합성하였다. 헥산을 이용하여 원심분리기와 초음파세척기로 용매인 Oleylamine을 제거하였고, 진공오븐에서 건조된 CZTS 분말의 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope), XRD (X-Ray Diffraction), EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) 분석 등을 통해 합성온도에 따른 구조적, 화학적 조성 변화를 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.444.1-444.1
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• 2014

높은 광흡수 계수를 갖는 Cu(In,Ga)Se2(CIGS) 화합물 박막 소재는 고효율 태양전지 양산을 위해 가장 전도유망한 재료이나 상대적으로 매장량이 적은 In 및 Ga을 사용한다는 소재적 한계가 있다. Cu2ZnSnSe4(CZTSe) 혹은 Cu2ZnSnS4(CZTS)와 같은 Cu-Zn-Sn-Se계 화합물 반도체는 CIGS 내 희소원소인 In과 Ga이 범용원소인 Zn 및 Sn으로 대체된 소재로써 미래형 저가 태양전지 개발을 위해 활발히 연구되고 있는데, 그 화합물 조합에 따라 0.8eV부터 1.5eV까지의 에너지 밴드갭을 갖는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 열분해법으로 CZTS 나노 입자를 합성하였다. 용매로 Oleylamine을 사용하였는데, $220^{\circ}C{\sim}340^{\circ}C$의 온도 범위에서 3시간 30분 동안 CZTS 나노입자를 합성하였고, $240^{\circ}C$에서 3시간~5시간까지 합성하였다. 헥산을 이용하여 원심분리기와 초음파세척기로 용매인 Oleylamine을 제거하였고, 진공오븐에서 건조된 CZTS 분말의 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope), XRD(X-Ray Diffraction), EDS(Energy Dispersive Spectroscopy) 분석 등을 통해 합성온도에 따른 구조적, 화학적 조성 변화를 조사하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.42.1-42.1
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• 2011

높은 광흡수 계수를 갖는Cu(In,Ga) $Se_2$ (CIGS) 화합물 박막 소재는 고효율 태양전지 양산을 위해 가장 전도유망한 재료이나 상대적으로 매장량이 적은 In 및 Ga을 사용한다는 소재적 한계가 있다. $Cu_2ZnSnSe_4$ (CZTSe) 혹은 $Cu_2ZnSnS_4$(CZTS)와 같은 Cu-Zn-Sn-Se계 화합물 반도체는 CIGS 내 희소원소인 In과 Ga이 범용원소인 Zn 및 Sn으로 대체된 소재로써 미래형 저가 태양전지 개발을 위해 활발히 연구되고 있는데, 그 화합물 조합에 따라 0.8 eV부터 1.5 eV까지의 에너지 밴드갭을 갖는 것으로 알려져 있다. 스퍼터링법에 기반한 2단계 공정에 의해 3.2%의 CZTSe 및 6.7%의 CZTS 태양전지 효율 달성이 보고된 바 있으며, 최근 비진공 방식을 이용하여 제조된 $Cu_2ZnSn(S,Se)_4$ (CZTSSe) 태양전지가 9.6%의 변환효율을 생산하여 세계 최고기록을 갱신한 바 있다. 반면, 동시진공증발법에 의한 Cu-Zn-Sn-Se계 연구는 박막 조성 조절이 상대적으로 용이하다는 장점에도 불구하고, 상대적으로 공개된 연구결과의 양이 적으며 그 효율에 대한 보고는 특히 미미하다. 본 연구에서는 동시진공증발법에 의한 CZTSe 박막 연구 결과를 바탕으로 Sn 손실을 최소화하기 위한 진공증발 공정을 최적화하였으며, 이를 통해 CZTSe 박막 태양전지를 제조하고 그 특성분석을 통해 5% 이상의 변환효율을 달성하였다.

• Bulletin of the Korea Photovoltaic Society
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• v.2 no.2
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• pp.8-20
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• 2016

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.55 no.1
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• pp.93-98
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• 2017

This experiment investigated characteristic changes in a $Cu_2ZnSnS_4$(CZTS) solar cell by applying a $Zn(O_x,S_{1-x})$ butter layer with various compositions on the upper side of the absorber layer. Among the four single layers such as $Zn(O_{0.76},S_{0.24})$, $Zn(O_{0.56},S_{0.44})$, $Zn(O_{0.33},S_{0.67})$, and $Zn(O_{0.17},S_{0.83})$, the $Zn(O_{0.76},S_{0.24})$ buffer layer was applied to the device due to its bandgap structure for suppressing electron-hole recombination. In the application of the $Zn(O_{0.76},S_{0.24})$ buffer layer to the device, the buffer layer in the device showed the composition of $Zn(O_{0.7},S_{0.3})$ because S diffused into the buffer layer from the absorber layer. The $Zn(O_{0.7},S_{0.3})$ buffer layer, having a lower energy level ($E_V$) than a CdS buffer layer, improved the $J_{SC}$ and $V_{OC}$ characteristics of the CZTS solar cell because the $Zn(O_{0.7},S_{0.3})$ buffer layer effectively suppressed electron-hole recombination. A substitution of the CdS buffer layer by the $Zn(O_{0.7},S_{0.3})$ buffer layer improved the efficiency of the CZTS solar cell from 2.75% to 4.86%.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.28 no.12
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• pp.748-757
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• 2018

Inorganic semiconductor compounds, e.g., CIGS and CZTS, are promising materials for thin film solar cells because of their high light absorption coefficient and stability. Research on thin film solar cells using this compound has made remarkable progress in the last two decades. Vacuum-based processes, e.g., co-evaporation and sputtering, are well established to obtain high-efficiency CIGS and/or CZTS thin film solar cells with over 20 % of power conversion. However, because the vacuum-based processes need high cost equipment, they pose technological barriers to producing low-cost and large area photovoltaic cells. Recently, non-vacuum based processes, for example the solution/nanoparticle precursor process, the electrodeposition method, or the polymer-capped precursors process, have been intensively studied to reduce capital expenditure. Lately, over 17 % of energy conversion efficiency has been reported by solution precursors methods in CIGS solar cells. This article reviews the status of non-vacuum techniques that are used to fabricate CIGS and CZTS thin films solar cells.