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.
We have fabricated CIGS thin film absorber layers by the evaporation of CIGS powders which were synthesized by solutions with different atomic ratio compositions. We found that the polycrystalline structural properties and optical properties of the deposited CIGS thin films were strongly dependent on the CIGS powder synthesis solution compositions. For three different solution compositions, Cu:In:Ga:Se= 4:3:1:8, 8:3:1:8, 12:3:1,8, the deposited thin film crystalline structures were varied form InSe crystalline structure to CIGS chalcopyrite structures. Our results showed that CIGS powder evaporation is potential for the one step fabrication process for CIGS thin film absorber layer deposition.
The Donghae mine locates at Jangjoari, Koseongun, Kyongsang-nam-do. The geology of the mine consists of the upper part of Chin dong Formation conformably overlain by tuffaceous Koseong Formation. These formations are intruded by the granodiorite and the basic dikes. The ore mineralization occurs in the fault breccia pipe at the center of a granodiorite stock. The estimated dimension of the breccia pipe is $7m{\times}70m{\times}200m$. The host rock has distinctive hydrothermal alteration halos consisting hematite zone, chlorite zone, epidote zone and sericite zone from outer zone to the ore vein. The ore mineralization occurred in the three distinctive stages. The ore minerals formed in the first stage are pyrite, sphalerite, chalcopyrite, stannite and tetrahedrite. Galena and arsenopyrite are formed in the second stage. Some sphalerite grains include exsolution dots of the chalcopyrite. It is suggested that the ore mineralization occurred by a boiling of a hydrothermal fluid during its initial stage and subsequent cooling and $CO_2$ fugacity drop of remaining hydrothermal fluid by a ground water mixing aided vertical zoning of the ore minerals.
This paper describes the mode of occurrence and mineralogical properties of electrum from the Namseong Gold-Silver deposits, for the purpose of obtaining data on the characteristics of the ore deposits and the behavior of gold and silver during the mineralization. The gangue minerals are quartz, calcite, fluorite. Ore minerals are mainly composed of pyrite, sphalerite, chalcopyrite and galena with minor amount of argentite, electrum, pyrargyrite, native silver and unidenfied mineral(Cu-Fe-Ag-S series). Three stage of mineralization recognized are, from early to later, (I) pyrite-electrum stage (II) sphalerite-chalcopyrite-galena-argentite-electrum stage (III) sulfosalts stage. The filling temperature of fluid inclusions in quartz ranges from $225^{\circ}$ to $335^{\circ}C$. The value of sulfur fugacity estimated by means of electrum-tarnish method ranges from $10^{-11.5}$ to $10^{-14}$ atm. The compositional heterogeneity within a single grain with respect to gold concentration is common in the Namseong electrums Chemical composition of electrum ranges generally between 25~45 atom% Au. Its gold content decreases in late stages of mineralization.
The stability and the electronic structure of $In_0.5$.$Ga_0.5$P-based superlattices are examined through self-consistent ab initio pseudopotential calculations. A chalcopyrite-like structure is found to be the lowest energy state over (001) and (111) monolayer superlattices (MLS). Our calculations indicate that all the ordered structures in bulk form are unstable against phase segregation into binary constituents at T = 0 while for epitaxial growth, the chalcopyrite phase is stabilized. The fundamental band gaps of the ordered structures are found to be direct and smaller than that of disordered alloys. The lowering of the band gap is explainable by band folding and pushing effects. We find the reduction of the band gap to be largest for the (111) MLS.
Mineralogical study of original and crushed zinc ores as well as mill products was made in order to find out the cause of low-grade concentrate and the scheme of raising its grade. Low-grade concentrate is due to 1) the abundance of other independent sulfides (arsenopyrite, pyrrhotite, chalcopyrite, stannite) and silicate (quartz) in the zinc concentrate, 2) the presence of composite grains of sphalerite and other sulfides or silicate, 3) the presence of a lot of very fine-grained particle of stannite and chalcopyrite within the sphalerite grains, and 4) the high content of iron in sphalerite. It is proposed that further crushing and other appropriate processing should be made in order to increase the grade of zinc concentrate.
박막 태양전지의 저가 고효율화를 실현하기 위해 넓은 면적의 기판 위에 코팅이 가능하며 진공의 유자가 필요 없기 때문에 장치가 간단하고 고순도의 균질한 박막을 얻을 수 있고 박막의 조성을 쉽게 조절할 수 있는 Sol-Gel법을 이용 하였다. Se보다 저가이며 독성이 없고 풍부한 원료인 S로 치환하여 사용하며 Cu/In비 값을 조절하고 tetragonal chalcopyrite $CuInS_2$의 열처리 온도에 따른 박막의 구조적, 광학적 특성에 미치는 변수들의 영향을 알아보았다. XRD pattern을 관찰한 결과 Cu/In비가 1.0일 때 $2{\theta}=27.9^{\circ}$에서 주피크가 가장 강하게 나타났으며 (112) 방향의 배향성을 가진 chalcopyrite상임을 확언 할 수 있었다. 열처리 온도가 증가할수록 (112) 면의 강도가 커지며 $500^{\circ}C$에서 열처리를 한 $CuInS_2$ 박막은 tetragonal 구조의 화학량론적 $CuInS_2$ 특징을 나타내고 본 실험의 샘플의 격자상수를 측정한 값이 a = 5.5032, c = 11.1064 ${\AA}$이며 JCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)에 보고된 데이터 a = 5.523, c = 11.14 ${\AA}$과 거의 일치하였다. 광학적 특성을 알아보기 위해 측정한 광투과율은 가시광선 영역(380~770 nm)에서 전체적으로 30% 이하로 나타났다.
$CuInSe_2$(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.
구봉 금-은광상은 선캠브리아기 경기육괴의 호상 또는 화강편마암내에 발달된 단열대(NE, NW)를 따라 충진한 함 금-은괴상석영맥광상이다. 이 광상의 광화작용은 여러번의 단열작용에 의해 형성된 동일시기의 석영맥으로 구성되어있다. 산출되는 광석광물은 주로 유비철석, 황철석, 섬아연석, 황동석, 방연석과 소량의 자류철석, 백철석, 에렉트럼 등이다. 에렉트럼의 공생광물에 따른 산출빈도와 산출량은 각각 유비철석(44.5%, 54.3%), 석영(24.3%, 33.8%), 황철석(12.6%, 0.1%), 방연석(11.0%, 4.8%), 섬아연석(5.0%, 7.0%), 황동석(2.5%, 0.02%)의 순이다. 에렉트럼의 산출형태는 불규칙형(41.6%), 반원형(34.7%), 신장형(17.0%) 및 입상형(6.6%)이다. 에렉트럼의 입자 크기는 2 um에서 150 um 까지 다앙하게 산출되나 30 um 이하가 전체의 90.9%를 차지한다. 에렉트럼의 화학조성은 26.39∼72.51 Au atomic% 이다. 공생광물에 따른 에렉트럼의 화학조성(Au atomic %)은 유비천석-황철석-섬아연석-석영(44.97∼71.75), 석영(44.37∼72.51), 섬아연석 -황동석 (35.40∼41.01), 황철석-황동석-석영-방연석 (26.39∼54.84), 방연석 (28.49∼53.28) 이다. 그러므로 이들 결과를 부유선광시 고려한다면 금의 회수율을 향상시키는데 도움이 될 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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