• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.46 no.2
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• pp.61-67
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• 2013

Thin film solar cells have attracted much attention due to their high cell efficiency, comparatively low process cost, and applicability to flexible substrates. In particular, CIGS solar cells have been widely studied and produced because they demonstrated the highest cell efficiency. However, the deposition process of CIGS films generally includes the selenization process conducted at elevated temperature using toxic $H_2Se$ gas. To avoid this selenization process, CIGS thin films were, in this study, deposited by RF sputtering using single composite CIGS target. In addition, the effects of sputtering bias voltage and heat treatment on the microstructural and morphological changes in deposited CIGS films were investigated and discussed.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.48 no.1
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• pp.23-26
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• 2015

What causes the transformation of a solar cell is the behavior difference of thermal expansion occurred between the substrate and the layer of semiconductor used in the solar cell. Therefore, the substrate has to possess a behavior of thermal expansion that is similar with that of semiconductor layer. This study employed electroforming to manufacture Fe-Ni alloy materials of different compositions. To verify the result from a finite element analysis, a two-dimensional Mo substrate was calculated and its verification experiment was conducted. The absolute values from the finite element analysis of Mo/substrate structure and its verification experiment showed a difference. However, the size of residual stress of individual substrate compositions had a similar tendency. Two-dimensional CIGS/Mo/$SiO_2$/substrate was modeled. Looking into the residual stress of CIGS layer occurred while the temperature declined from $550^{\circ}C$ to room temperature, the smallest residual stress was found with the use of Fe-52 wt%Ni substrate material.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.61.1-61.1
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• 2010

$CuIn_{1-x}-GaxSe_2$ based materials with direct bandgap and high absorption coefficient are promising materials for high efficiency hetero-junction solar cells. CIGS champion cell efficiency(19.9%, AM1.5G) is very close to polycrystalline silicon(20.3%, AM1.5G). A reduction in the price of CIGS module is required for competing with well matured silicon technology. Price reduction can be achieved by decreasing the manufacturing cost and by increasing module efficiency. Manufacturing cost is mostly dominated by capital cost. Device properties of CIGS are strongly dependent on doping, defect chemistry and structure which in turn are dependent on growth conditions. The complex chemistry of CIGS is not fully understood to optimize and scale processes. Control of the absorber grain size, structural quality, texture, composition profile in the growth direction is important to achieving reliable device performance. In the present work, CIS nanoparticles were prepared by a simple wet chemical synthesis method and their structural and optical properties were investigated. XRD patterns of as-grown nanopowders indicate CIS(Cubic), $CuSe_2$(orthorhombic) and excess selenium. Further, as-grown and annealed nanopowders were characterized by HRTEM and ICP-OES. Grain growth of the nanopowders was followed as a function of temperature using HT-XRD with overpressure of selenium. It was found that significant grain growth occurred between $300-400^{\circ}C$ accompanied by formation of ${\beta}-Cu_{2-x}Se$ at high temperature($500^{\circ}C$) consistent with Cu-Se phase diagram. The result suggests that grain growth follows VLS mechanism which would be very useful for low temperature, high quality and economic processing of CIGS based solar cells.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.396-396
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• 2011

유연기판(Flexible) CIGS 박막태양전지는 금속 및 폴리머 기판을 이용하고 roll-to-roll 공정에 적합하기 때문에 유리기판을 이용한 태양전지에 비해 가볍고 공정단가를 절감할 수 있다. 그러나 기존의 soda-lime 유리 기판에 비해 금속 및 폴리머 기판을 사용시 Na 공급의 부재로 CIGS 박막 태양전지는 Voc, FF의 감소로 효율이 감소한다. 본 연구에서는 기존 유리기판과 유사한 Na의 공급을 위해 soda lime 유리 박막(SLGTF)을 Mo 후면전극 증착 전에 도입하였으며, CIGS 박막 및 태양전지를 제조함으로써 SLGTF의 영향을 분석하였다. SLGTF는 rf magnetron 스퍼터링법으로 두께를 조절하여 철강기판과 Mo 사이에 증착하였다. 본 연구에서는 SLGTF의 두께에 따른 CIGS 박막의 미세구조 및 Na 함량의 변화를 기존의 유리기판 및 SLGTF이 없는 철강기판과 비교하여 분석하고자 하였다. CIGS 박막은 3-stage 진공증발법으로 증착하였으며, CIGS 박막의 우선배향성(texture) 변화를 관찰하기 위해 XRD (X-ray Diffraction)를 이용하였고 Na 양을 확인하기 위해 SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy)를 사용하였다. SLGTF의 도입 및 두께의 변화에 따라 CIGS 박막의 우선배향성(texture) 및 Na의 양에 큰 변화가 있었으며, 이러한 변화가 CIGS 태양전지 셀 효율에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.116.2-116.2
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• 2011

연성 CIGS 태양전지를 제작하기 위해서는 휘어지는 연성 기판재의 적용이 반드시 필요하다. 상용되는 연성 기판재로는 플라스틱, 폴리이미드, 금속재가 있다. 그러나 플라스틱과 폴리이미드는 고효율의 CIGS 흡수층을 제조하기 위한 $500{\sim}600^{\circ}C$의 공정에 접합하지 못하다. 금속 기판재의 경우는 몰리브데늄, 알루미늄, 티타늄, 크롬강, 스테인레스강, 합금재 등이 있다. 이러한 금속 기판재 중에서 Fe-Ni 합금재는 Ni 함량의 변화에 따라 기계적, 자기적, 열팽창 특성이 다르게 나타나는 것으로 알려져 있다. 선행 연구에서 CIGS 태양전지의 기판재로 열팽창 계수가 박막층과 유사한 SUS400번 계열과 Fe-52Ni이 적합하다는 것을 확인 하였다. 따라서 본 연구에서는 유한요소해석(Finite element analysis) 프로그램인 Algor를 이용하여 CIGS solar cell을 설계하고 Fe-52Ni 기판재와 절연층인 SiO2, 흡수층인 CIGS의 두께에 따른 Cell의 잔류응력을 해석하였다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.19 no.6
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• pp.600-613
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• 2018

The purpose of this research was to introduce a network analysis method for analyzing the recent trend of the flexible solar cell using a scholarly database. Based on the five years from 2013 to 2017, we used centrality analysis of research papers via measurement of degree centrality, closeness centrality, and betweenness centrality. The results of network analysis show that cell has a centrality value above 0.8, which means that cell is connected with 80% of the total keywords, so it is recognized as the center of flexible solar cell research. The analysis results also indicate that perovskite and copper indium gallium diselenide (CuInGaSe2, or CIGS) are the center of the subgroup for cell. We recognize that the result refers to recent new technology called the CIGS/perovskite tandem solar cell. We hope that the network analysis method will be the appropriate and precise tool for technology and research planning via elaboration and optimization.

• Current Photovoltaic Research
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• v.2 no.1
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• pp.28-35
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• 2014

High-efficiency in $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) solar cells were usually achieved on soda-lime glass substrates due to Na incorporation that reduces deep-level defects. However, this supply of sodium from sodalime glass to CIGS through Mo back electrode could be limited at low deposition temperature. Na content could be more precisely controlled by supplying Na from known amount of an outside source. For the purpose, an $Na_2S$ layer was deposited on Mo electrode prior to CIGS film deposition and supplied to CIGS during CIGS film. With the $Na_2S$ underlayer a more uniform component distribution was possible at $350^{\circ}C$ and efficiency was improved compared to the cell without $Na_2S$ layer. With more precise control of bulk and surface component profile, CIGS film can be deposited at low temperature and could be useful for flexible CIGS solar cells.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.399.2-399.2
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• 2016

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 높은 효율과 낮은 제조비용, 높은 신뢰성으로 인해 박막 태양전지 중 가장 각광받고 있다. 특히 유리기판 대신 가볍고 유연한 철강소재나 플라스틱 소재를 이용하여 발전분야 외에 건물일체형, 수송용, 휴대용등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 이러한 유연 기판을 이용한 CIGS 태양전지의 개발을 위해서는 기판의 특성에 따른 다양한 공정개발이 선행되어야 한다. Poly-imide와 같은 유연기판은 공정온도가 $400^{\circ}C$이하로 낮고 기판이 매우 얇아 기존 Mo 공정을 개선하여야한다. 이러한 유연기판의 특성을 고려하여 본 연구에서는 기존 bi-layer Mo의 bottom layer의 두께를 조절하여 박막의 strain을 조절하였다. 유연기판으로는 SKC KOLON에서 제조된 GL type의 기판을 사용하였다. 기판의 두께는 50um이다. 먼저 Mo의 bottom layer 두께 비율을 기존 12.5%에서 50%로 증가 시켰으며 전체 박막의 두께 역시 900nm에서 500nm로 두께를 감소시키며 실험을 실시하였다. 그 후 흡수층은 Co-Evaporation 방법을 이용하여 제조하였으며 이때 공정온도는 기존 공정온도에서 450, $400^{\circ}C$로 낮추어 흡수층을 제조하였다. 소자 제조 후 초기 Mo의 strain 개선과 저온공정이 적용되지 않은 경우 4.4%에서 공정 최적화 후 13%로 효율이 증가하였다. 제조된 흡수층은 SEM, XRF, XRD등을 이용하여 분석하였으며 그 외 일반적인 방법을 이용하여 Mo, CdS, TCO, Al grid를 제조하였다. AR 코팅은 제외 하였으며 제조된 소자는 솔라 시뮬레이터를 이용하여 효율 특성 분석을 실시하였으며 Q.E. 분석을 실시하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.393-393
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• 2016

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 높은 효율과 낮은 제조비용, 높은 신뢰성으로 인해 박막 태양전지 중 가장 각광받고 있다. 특히 유리기판 대신 가볍고 유연한 철강소재나 플라스틱 소재를 이용하여 발전분야 외에 건물일체형, 수송용, 휴대용등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 이러한 유연 기판을 이용한 CIGS 태양전지의 개발을 위해서는 기판의 특성에 따른 다양한 공정개발이 선행되어야 한다. Stainless steel과 같은 철강기판의 경우 Fe, Ni, Cr등의 불순물이 확산되어 흡수층의 특성을 저하시켜 효율을 감소시킨다. 따라서 이러한 철강 기판의 경우 불순물의 확산을 방지하는 확산방지막이 필수적이다. 이러한 유연기판의 특성을 고려하여 본 연구에서는 기존의 두껍고 추가 장비가 요구되는 SiOx나 Al2O3 대신 200nm 이하의 ZnO 박막을 이용하여 확산방지막을 제조하였다. 유연기판으로 STS 430 stainless steel을 이용하였다. 먼저 stainless steel 기판을 이용하여 기판에 의한 흡수층의 특성을 분석하였으며 ZnO 확산 방지막의 유무 및 두께에 따른 흡수층 및 소자의 특성을 분석하였다. 이때 확산 방지막은 기존 TCO 공정에서 사용되는 i-ZnO를 사용하였으며 RF sputter를 이용하여 50~200nm로 두께를 달리하며 특성 비교를 실시하였다. 효율은 확산방지막을 적용하지 않았을 때 약 5.9%에서 확산 방지막 적용시 약 10.7%로 증가하였다. 그 후 기판으로부터 확산되는 불순물의 유입에 의한 결함을 분석하기 위해 DLTS를 이용하여 소자 특성을 분석하였다. 온도는 80~300K으로 가변하며 측정을 실시하였으며 그 후 계산을 통해 activation energy와 capture cross section 값을 구하였다. DLTS 분석 결과 Ni이 CIGS 흡수층으로 확산되어 NiCu anti-site를 형성하여 태양전지의 효율을 감소시키는 것을 확인하였다. 모든 흡수층은 Co-Evaporation 방법을 이용하여 제조하였으며 제조된 흡수층은 SEM, XRF, XRD, GD-OES, PL, Raman등을 이용하여 분석하였으며 그 외 일반적인 방법을 이용하여 Mo, CdS, TCO, Al grid를 제조하였다. AR 코팅은 제외 하였으며 제조된 소자는 솔라 시뮬레이터를 이용하여 효율 특성 분석을 실시하였으며 Q.E. 분석을 실시하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.245-245
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• 2015

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 높은 효율과 낮은 제조비용, 높은 신뢰성으로 인해 박막 태양전지 중 가장 각광받고 있다. 특히 유리기판 대신 가볍고 유연한 철강소재나 플라스틱 소재를 이용하여 발전분야 외에 건물일체형, 수송용, 휴대용등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 이러한 유연 기판을 이용한 CIGS 태양전지의 개발을 위해서는 기판의 특성에 따른 다양한 공정개발이 선행되어야 한다. 특히 CIGS 태양전지에서는 Na의 역할이 매우 중요한데 유연기판의 경우 이러한 Na이 없을 뿐만 아니라 철강기판의 경우 Fe, Ni, Cr등의 불순물이 확산되어 흡수층의 특성을 저하시켜 효율을 감소시킨다. 따라서 이러한 철강 기판의 경우 불순물의 확산을 방지하는 확산방지막이 필수적이다. 또한 플라스틱기판의 경우 내열성이 낮아 저온에서 공정을 진행해야하는 단점이 있다. 이러한 유연기판의 특성을 고려하여 본 연구에서는 유연기판으로 STS 430 stainless steel과 poly-imide를 이용하여 특성 개선을 진행하였다. 먼저 stainless steel과 Poly-imide, soda-lime glass, coning glass의 기판을 이용하여 기판에 따른 흡수층의 특성을 비교 분석하였으며 stainless steel 기판을 이용하여 확산 방지막의 유무 및 두께에 따른 흡수층 및 소자의 특성을 분석하였다. 이때 확산 방지막은 기존 TCO 공정에서 사용되는 i-ZnO를 사용하였으며 RF sputter를 이용하여 50~200nm로 두께를 달리하며 특성 비교를 실시하였다. 이때 효율은 확산방지막을 적용하지 않았을 때 약 5.9%에서 확산 방지막 적용시 약 10.6%로 증가하였다. 또한 poly-imide 기판을 이용하여 $400^{\circ}C$이하에서 흡수층을 제조하여 특성평가를 진행하였으며 소자 제조 후 효율은 약 12.2%를 달성하였다. 모든 흡수층은 Co-Evaporation 방법을 이용하여 제조하였으며 제조된 흡수층은 SEM, XRF, XRD, GD-OES, PL, Raman등을 이용하여 분석하였으며 그 외 일반적인 방법을 이용하여 Mo, CdS, TCO, Al grid를 제조하였다. AR 코팅은 제외 하였으며 제조된 소자는 솔라 시뮬레이터를 이용하여 효율 특성 분석을 실시하였으며 Q.E. 분석을 실시하였다.