• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.138-138
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• 2009

Recently, thin-film solar cells of Cu(In,Ga)$Se_2$(CIGS) have reached a high level of performance, which has resulted in a 19.9%-efficient device. These conventional devices were typically fabricated using chemical bath deposited CdS buffer layer between the CIGS absorber layer and ZnO window layer. However, the short wavelength response of CIGS solar cell is limited by narrow CdS band gap of about 2.42 eV. Taking into consideration the environmental aspect, the toxic Cd element should be replaced by a different material. It is why during last decades many efforts have been provided to achieve high efficiency Cd-free CIGS solar cells. In order to alternate CdS buffer layer, ZnS buffer layer is grown by using chemical bath deposition(CBD) technique. The thickness and chemical composition of ZnS buffer layer can be conveniently by varying the CBD processing parameters. The processing parameters were optimized to match band gap of ZnS films to the solar spectrum and exclude the creation of morphology defects. Optimized ZnS buffer layer showed higher optical transmittance than conventional thick-CdS buffer layer at the short wavelength below ~520 nm. Then, chemically deposited ZnS buffer layer was applied to CIGS solar cell as a alternative for the standard CdS/CIGS device configuration. This CIGS solar cells were characterized by current-voltage and quantum efficiency measurement.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 추계학술발표대회
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• pp.35.1-35.1
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• 2011

New photovoltaic (PV) materials and manufacturing approaches are needed for meeting the demand for lower-cost solar cells. The prototypal thin-film photovoltaic absorbers (CdTe and $Cu(In,Ga)Se_2$) can achieve solar conversion efficiencies of up to 20% and are now commercially available, but the presence of toxic (Cd,Se) and expensive elemental components (In, Te) is a real issue as the demand for photovoltaics rapidly increases. To overcome these limitations, there has been substantial interest in developing viable alternative materials, such as $Cu_2ZnSnS_4$ (CZTS) is an emerging solar absorber that is structurally similar to CIGS, but contains only earth abundant, non-toxic elements and has a near optimal direct band gap energy of 1.4~1.6 ev and a large absorption coefficient of ${\sim}10^4\;cm^{-1}$. The CZTS absorber layers are grown and investigated by various fabrication methods, such as thermal evaporation, e-beam evaporation with a post sulfurization, sputtering, non-vacuum sol-gel, pulsed laser, spray-pyrolysis method and electrodeposition technique. In the present work, we report an alternative method for large area deposition of CZTS thin films that is potentially high throughput and inexpensive when used to produce monolithically integrated solar panel modules. Specifically, we have developed an aqueous chemical approach based on chemical bath deposition (CBD) with a subsequent sulfurization heat treatment. Samples produced by our method were analyzed by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, transmission electron microscopy, absorbance and photoluminescence. The results show that this inexpensive and relatively benign process produces thin films of CZTS exhibiting uniform composition, kesterite crystal structure, and good optical properties. A preliminary solar cell device was fabricated to demonstrate rectifying and photovoltaic behavior.

• 센서학회지
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• 제10권6호
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• pp.328-337
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• 2001

수평 전기로에서 $CdGa_2Se_4$ 다결정을 합성하여 HWE 방법으로 $CdGa_2Se_4$ 단결정 박막을 반절연성 GaAs(100) 위에 성장하였다. $CdGa_2Se_4$ 단결정 박막은 증발원과 기판의 온도를 각각 $630^{\circ}C$, $420^{\circ}C$로 성장하였다. 10K에서 측정한 광발광 exciton 스펙트럼과 이중결정 X-선 요동곡선(DCRC)의 반치폭(FWHM)을 분석하여 단결정 박막의 최적 성장 조건을 얻었다. Hall 효과는 van der Pauw 방법에 의해 측정되었으며, 온도에 의존하는 운반자 농도와 이동도는 293K에서 각각 $8.27{\times}10^{17}/cm^3$, $345\;cm^2/V{\cdot}s$였다. 광전류 봉우리의 10K에서 단파장대의 가전자대 갈라짐(splitting)에 의해서 측정된 ${\Delta}Cr$ (crystal field splitting)은 106.5 meV, ${\Delta}So$ (spin orbit splitting)는 418.9 meV였다. 10K의 광발광 측정으로부터 고품질의 결정에서 볼 수 있는 free exciton 과 매우 강한 세기의 중성 주개 bound exciton등의 피크가 관찰되었다. 이때 중성 주개 bound exciton의 반치폭과 결합 에너지는 각각 8 meV와 13.7 meV였다. 또한 Haynes rule에 의해 구한 불순물의 활성화 에너지는 137 meV 였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.99.1-99.1
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• 2012

The thin-film photovoltaic absorbers (CdTe and $Cu(In,Ga)Se_2$) can achieve solar conversion efficiencies of up to 20% and are now commercially available, but the presence of toxic (Cd,Se) and expensive elemental components (In, Te) is a real issue as the demand for photovoltaics rapidly increases. To overcome these limitations, there has been substantial interest in developing viable alternative materials, such as $Cu_2ZnSnS_4$ (CZTS) is an emerging solar absorber that is structurally similar to CIGS, but contains only earth abundant, non-toxic elements and has a near optimal direct band gap energy of 1.4 - 1.6 eV and a large absorption coefficient of ~104 $cm^{-1}$. The CZTS absorber layers are grown and investigated by various fabrication methods, such as thermal evaporation, e-beam evaporation with a post sulfurization, sputtering, non-vacuum sol-gel, pulsed laser, spray-pyrolysis method and electrodeposition technique. In the present work, we report an alternative aqueous chemical approach based on chemical bath deposition (CBD) method for large area deposition of CZTS thin films. Samples produced by our method were analyzed by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, transmission electron microscopy, absorbance and photoluminescence. The results show that this inexpensive and relatively benign process produces thin films of CZTS exhibiting uniform composition, kesterite crystal structure, and some factors like triethanolamine, ammonia, temperature which strongly affect on the morphology of CZTS film.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.79-79
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• 2010

다른 물질에 비해 많은 우수한 특성을 가지고 있는 CuInSe2(CIS)박막 태양전지는 많은 연구자들에 의해 개발되어 오고 있다. CIS의 대표적인 장점으로는 직접천이형 밴드갭, 높은 흡수계수, 열 안정화상태 및 p형으로의 전도성물질의 가능성 등 다양하다. 또한 간단한 구조를 이용하여 유리같은 싼 기판을 이용하기 때문에 저가형 태양전지로서 많은 각광을 받고 있다. CIGS태양전지는 CIS의 In 사이트에 Ga을 도핑함으로서 만들어지는데 밴드갭은 약 1.4eV이다. CIS박막을 만드는 많은 방법이 존재하나 구성원소로부터 최적화된 조성을 찾을수 있는 방법이 가장 중요한 요소 중의 하나로 인식되고 있으며, 이런점에서 증발법 및 스퍼터링법 등 같은 진공방식이 비진공방식에 비해 훨씬 간편하게 조성비를 맞출수 있다. 그 중에 스퍼터링법은 대면적 박막태양전지로의 가능성으로 비출어 볼때 산업화를 위한 좋은 후보군이 될 수 있다. Selenization을 하기전에 Cu-In-Se의 전구체 조합은 여러개의 타겟으로부터 동시 스퍼터링법이나 다층 전구체법을 사용하여 준비되는데 어떤 방법이 되던지 Se의 부가적인 공급은 불가피하다. 지금까지 많은 관련 연구의 대부분인 구조적, 조성비적 그리고 광학적인 특성평가에 집중되어 오고 있는데, 전기적특성평가의 경우는 면저항, 비저항 같은 간단한 결과 위주로 보고되어 오고 있다. 또한 캐리어농도와 이동도에 대한 보고가 있음에도 불구하고 이해되기에는 충분치 못한 면이 많다.본 발표에서는 태양전지 제조 전단계로서 소다라임유리기판(SLG)위에 Mo의 유무에 따라 CIS박막의 전기적인 특성 변화에 대한 내용을 담고 있다. 소다라임유리($2cm{\times}2cm$)를 기판으로 사용하여 아세톤-에탄올 용액에 초음파세척을 수행하고, Mo 후면전극을 DC 스퍼터링방식을 이용하여 증착을 한다. SLG와 Mo이 코팅된 SLG를 각각 RF 스퍼터 챔버에 이송한 후 수증기 제거를 위해 약 10분간 예열을 한다. 샘플에 대한 전기적특성은 Hall효과 측정장치에 의해 측정이 되며 전기전도도, 캐리어농도, 이동도 및 전도형에 대한 정보가 각각의 변수에 따라 조사된돠. 부가적으로 구조적, 조성비적인 특성을 SEM,XRD 및 EDX를 통해 조사를 하여 전기적 특성에 따른 관계성을 검토한다. SLG와 Mo가 코팅된 SLG위의 CIS박막은 전기적으로 약간 다른 특성을 보일 것으로 예측되며, 이러한 기대를 바탕으로 조성비가 이상적인 화학양론에 근접할 때 p형으로서 제시될 수 있다는 것을 보여줄 것이다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.65-65
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• 2012

Copper zinc tin sulfide ($Cu_2ZnSnS_4$, CZTS) is a very promising material as a low cost absorber alternative to other chalcopyrite-type semiconductors based on Ga or In because of the abundant and economical elements. In addition, CZTS has a band-gap energy of 1.4~1.5eV and large absorption coefficient over ${\sim}10^4cm^{-1}$, which is similar to those of $Cu(In,Ga)Se_2$(CIGS) regarded as one of the most successful absorber materials for high efficient solar cell. Most previous works on the fabrication of CZTS thin films were based on the vacuum deposition such as thermal evaporation and RF magnetron sputtering. Although the vacuum deposition has been widely adopted, it is quite expensive and complicated. In this regard, the solution processes such as sol-gel method, nanocrystal dispersion and hybrid slurry method have been developed for easy and cost-effective fabrication of CZTS film. Among these methods, the hybrid slurry method is favorable to make high crystalline and dense absorber layer. However, this method has the demerit using the toxic and explosive hydrazine solvent, which has severe limitation for common use. With these considerations, it is highly desirable to develop a robust, easily scalable and relatively safe solution-based process for the fabrication of a high quality CZTS absorber layer. Here, we demonstrate the fabrication of a high quality CZTS absorber layer with a thickness of 1.5~2.0 ${\mu}m$ and micrometer-scaled grains using two different non-vacuum approaches. The first solution-processing approach includes air-stable non-toxic solvent-based inks in which the commercially available precursor nanoparticles are dispersed in ethanol. Our readily achievable air-stable precursor ink, without the involvement of complex particle synthesis, high toxic solvents, or organic additives, facilitates a convenient method to fabricate a high quality CZTS absorber layer with uniform surface composition and across the film depth when annealed at $530^{\circ}C$. The conversion efficiency and fill factor for the non-toxic ink based solar cells are 5.14% and 52.8%, respectively. The other method is based on the nanocrystal dispersions that are a key ingredient in the deposition of thermally annealed absorber layers. We report a facile synthetic method to produce phase-pure CZTS nanocrystals capped with less toxic and more easily removable ligands. The resulting CZTS nanoparticle dispersion enables us to fabricate uniform, crack-free absorber layer onto Mo-coated soda-lime glass at $500^{\circ}C$, which exhibits a robust and reproducible photovoltaic response. Our simple and less-toxic approach for the fabrication of CZTS layer, reported here, will be the first step in realizing the low-cost solution-processed CZTS solar cell with high efficiency.

• 한국진공학회지
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• 제15권4호
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• pp.395-403
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• 2006

[ $MgAl_2O_4$ ] 막은 MgO 보호막 보다 단단하며 수분 흡착 오염 문제에 상당히 강한 특성을 가진다. 본 연구에서 AC-PDP 의 유전체보호막으로 사용되는 MgO 보호막의 특성을 개선하기 위해 $MgAl_2O_4/MgO$ 이중층 보호막을 제작하여 특성을 조사하였다. 전자빔 증착기를 사용하여 Cu 기판에 MgO 와 $MgAl_2O_4$을 각각 $1000\AA$ 두께로 증착, $MgAl_2O_4/MgO$ 을 $200/800\AA$ 두께로 적층 증착 후, 이온빔에 의한 충전현상을 제거하기 위해 Al 을 $1000\AA$ 두께로 증착하였다. 집속 이온빔 (focused ion beam: FIB) 장치를 이용하여 10 kV 에서 14 kV 까지 이온빔 에너지에 따라 MgO는 $0.364{\sim}0.449$ 값의 스퍼터링 수율에서 $MgAl_2O_4/MgO$ 을 적층함으로 $24{\sim}30 %$ 낮아진 $0.244{\sim}0.357$ 값의 스퍼터링 수율이 측정되었으며, $MgAl_2O_4$는 가장 낮은 $0.088{\sim}0.109$ 값의 스퍼터링 수율이 측정되었다. g-집속이온빔 (g-FIB) 장치를 이용하여 $Ne^+$ 이온 에너지를 50 V 에서 200 V 까지 변화시켜 $MgAl_2O_4/MgO$ 와 MgO 는 $0.09{\sim}0.12$의 비슷한 이차 전자방출 계수를 측정하였다. AC- PDP 셀의 72 시간 열화실험 후 SEM 및 AFM으로 열화된 보호막의 표면을 관찰하여 기존의 단일 MgO 보호막과 $MgAl_2O_4/MgO$의 적층보호막의 열화특성을 살펴보았다.