• Journal of the Optical Society of Korea
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• v.18 no.2
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• pp.180-183
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• 2014

The surface of semiconductor solar cells, such as a-Si or CIGS (CuInGaSe) solar cells is not flat but textured in the microscopic domain. With textured surfaces, the optical reflectivity of a solar cell is different from that of flat surfaces in the wavelength region. In this paper, the effects of a textured surface on a CIGS solar cell are presented by RCWA (Rigorous Coupled Wave Analysis) method. The effect of incoherent light is also considered by RCWA with a Fourier analysis while conventional optical simulation uses the input light on the solar cell as coherent light. Using experimental results, the author showed that the RCWA method with a Fourier analysis is a proper method to simulate the optical properties of CIGS solar cells.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.282.2-282.2
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• 2016

중적외선 물질에는 Ge, ZnS, ZnSe, Si 등이 있으나 고굴절율이므로 반사가 매우 크게 발생을 한다. 이를 줄이기 위해 다층 박막 무반사 코팅을 일반적으로 사용하지만 열에 취약함, 적합한 물질을 찾는 것이 매우 어려움, 다층 박막으로 제작 시 두께가 매우 두꺼워짐의 단점이 있다. 또한 Ge, ZnS, ZnSe 의 소재는 가격이 Silicon에 비해 매우 비싸다. 그러므로 RCWA(Rigorous Coupled Wavelength Analysis) 시뮬레이션을 이용하여 상대적으로 저렴한 소재임에도 고투과성을 지닌 중적외선용 무반사 실리콘 서브파장구조(Subwavelength Structures, SWSs)를 제안한다. 본 연구에서는 원기둥, 원뿔, 파라볼라, 잘린 원뿔(truncated cone) 등의 형태에 따른 투과율 특성을 파악하여 최적구조가 파라볼라 형태임을 증명하였다. 또한 서브파장구조의 주기, 높이의 특성을 조절하여 공정 시의 종횡비(Aspect ratio)를 고려한 최적형태를 제안하였다. 중적외선 영역($3{\mu}m{\sim}5{\mu}m$)에서 일반 Silicon의 적외선 영역에서 평균 55%의 낮은 투과율을 보이나, 양면에 무반사 구조를 설계 하였을 때 평균 94%의 높은 투과율을 확인할 수 있다. 다양한 형태를 가진 무반사 실리콘 서브파장 구조물을 RCWA 방식으로 계산함으로서 특성을 파악하며 최적구조를 설계 할 수 있다. 또한 단면에 비하여 양면으로 SWSs 구조를 제작할 시 매우 두드러지는 투과특성을 확인할 수 있다. 고굴절율이지만 뛰어난 투과특성을 이용하여 초소형 적외선 카메라 렌즈 뿐만 아니라 적외선 광검출기, 광학 필터 등에 이용 가능할 것으로 예상된다.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• v.14 no.2
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• pp.142-145
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• 2010

In this work, a numerical analysis of a CIGS ($CuIn_{1-x}Ga_xSe_2$) solar cell with a rectangular grating on the electrode is presented. The effects of the grating on the energy conversion efficiency are calculated using the RCWA (rigorous coupled wave analysis) method. In conventional CIGS solar cells, the thickness of the light absorption layer (CIGS) is $2\;{\mu}m$, at which the incident light is almost absorbed. By adopting a grating on the electrode and using a less than $1\;{\mu}m$ CIGS layer, we obtained a higher efficiency compared to the conventional solar cells.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• v.1 no.1
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• pp.26-35
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• 1997

Rigorous coupled-wave analysis (RCWA) with a simplified eigenvalue problem is used to investigate the an-tireflective property of one-dimensional surface-relief gratings such as binary gratings, triangular gratings and gratings with triangle-like surface profiles. The convergence of RCWA is investigated by varying the number of layers and the number of space-harmonics used in the computation. For unpolarized light normally incident on a medium of refractive index 1.64 from vaccum, a triangle-like grating shows the reflectivity of $1.6 {\times} 10^{-4}$ in contrast to a minimum reflectivity of $3.8 {\times} 10^{-3}$ for a binary grating. We also study the dependence of reflectivity on the wavelength, and on the angle of incidence for a groove shape and depth which result in minimum reflectivity.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.63-63
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• 2012

편광분석법(ellipsometry)은 대상 물질의 유전율 함수의 실수부와 허수부를 Kramers-Kronig 관계식의 도움 없이 그 물질상수를 정확히 측정할 수 있는 매우 우수한 기술이다. 이 기술의 큰 장점 중 하나는 빛의 편광상태의 변화를 이용한 비파괴적인 방법으로써 실시간 측정이 가능하며, 박막의 두께측정의 오차범위는 0.1 nm 이하로써 매우 정확하다는 것이다. 본 연구자는 이러한 우수한 측정 기술인 편광분석법을 고진공의 분자살박막증착장치(MBE) 와 결합하여 AlSb, AlP의 유전율 함수를 측정하였다. Al 계열을 포함하는 반도체 화합물은 Al의 산소친화력이 강해 대기 중에서 순수한 유전율 함수를 얻기가 불가능하다. 하지만 본 연구실에서 초고진공 상태의 MBE 챔버에서 시료를 성장시키는 동시에 실시간으로 편광분석기를 이용하여 측정하였고, 지금까지 발표된 결과들 중 가장 순수한 상태의 AlSb 유전율 함수를 얻어낼 수 있었다. 또한 순수한 AlP의 유전함수를 측정할 수 있었고, 이는 편광분석기를 이용한 최초의 실험결과로써 이차미분을 이용한 전이점 분석결과 이론적인 전자밴드구조에서 E1, E1+${\Delta}1$, E2에 해당하는 밴드갭들을 확인할 수 있었다. 또한 표면의 원자배열 구조와 실시간으로 일어나는 그들의 역학적인 현상들에 관한 정보를 얻을 수 있는 surface photoabsorption (SPA)를 metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD)에 장착하여 실시간 모니터링이 가능하도록 하였다. SPA를 이용하여 GaAs/AlGaAs 양자우물구조의 성장을 원자층 수준으로 실시간 모니터링을 할 수 있었다. 그리고 SPA를 이용하여 MOCVD 안에서 InP에 As가 흡착 및 탈착되는 현상을 분석하여, As의 흡착이 두 단계에 의해 이루어짐을 분석하였다. 그리고 편광분석법의 빠르고 정확한 측정 기술을 규칙적인 구조체에서 전자기파의 회절을 구할 수 있는 Rigorous Coupled-Wave Analysis (RCWA) 계산방법과 결합하여 나노구조의 기하학적인 모양을 정확하고 빠르게 구할 수 있었다. 본 연구를 위해 규칙적인 3차원 Si 구조체 제작하여 편광분석기로 측정하고 $SiO_2$와 표면 거칠기를 고려하여 RCWA로 분석한 결과, 규칙적인 Si 구조와 산화막 층까지 정확하게 분석할 수 있음을 확인하였다. 또한 규칙적인 나노구조분석 연구를 넘어 불규칙적인 나노구조에 대한 분석 가능성을 보이기 위해 InAs 양자점을 증착하여 분석하였고, 이를 통해 편광분석법과 RCWA를 이용하여 불규칙적인 나노구조의 모양과 크기, 분포의 분석이 가능함을 보였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.426.2-426.2
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• 2014

Wavefront control은 렌즈, 거울 등을 포함한 많은 광학소자를 대체할 수 있는 기술이며, 이는 광 직접 소자 개발에 매우 유용하다. 기존의 Distributed bragg reflector (DBR) 구조의 경우 lattice mismatch, 낮은 효율, 작은 굴절률 차이의 물질만을 사용해야 하는 문제 등으로 광 직접 소자에의 적용에는 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 한계점을 극복하고, 더 나아가 광학소자 구조 내에서의 빛의 거동을 조절하기 위해서 High-index contrast grating (HCG), 즉, 큰 굴절률 차이가 나는 물질로 이루어진 격자 구조 내의 빛이 가지는 waveguide 특성에 대한 연구가 수행되었다. 굴절률 차이가 큰 물질을 sub-wavelength의 주기적인 혹은 비주기적인 격자 구조로 만듦으로써 투과된 빛의 투과도와 위상 등을 조절할 수 있고 이를 통해 빛의 초점 거리, 휘어짐을 조절 할 수 있다. HCG 구조 내의 빛의 거동을 Rigorous coupled wave analysis (RCWA) 및 Finite element method (FEM) 계산을 이용하여 시뮬레이션 하였다. RCWA 계산을 통해 주기 격자구조의 투과도 및 반사도, 빛의 위상을 계산하여 비주기를 갖는 전체적인 HCG 구조를 결정하였고, FEM 계산을 통하여 그 구조 내에서 빛의 거동을 시뮬레이션 하였다. 1,300 nm 파장의 빛이 광원으로 사용되었고 시뮬레이션을 위해 낮은 굴절률의 물질로 ITO, 높은 굴절률의 물질로는 Si이 사용되었다. $15{\mu}m$ 포커싱, $7.91^{\circ}$의 휘어짐을 시뮬레이션 하였고, 실제 소자 공정을 하여 제작한 후, 광 측정 결과 포커싱은 $15{\mu}m$, 휘어짐은 $4.5{\sim}6.5^{\circ}$를 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 HCG구조체를 통하여 빛의 엔지니어링이 가능함을 알 수 있었다. HCG구조체는 빛이 투과하는 광학 소자의 전반에 적용이 가능하며 더 나아가 인위적인 빛의 엔지니어링이 가능함을 시사한다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2008.11a
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• pp.287-288
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• 2008

• Proceedings of the Korea Electromagnetic Engineering Society Conference
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• 2002.11a
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• pp.380-383
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• 2002

본 논문에서는 20㎓~50㎓ 대역에서 2 차원 PBG(Photonic-Bandgap) 구조의 투과 특성을 RCWA(Rigorous coupled-wave analysis)방법에 의한 Transfer matrix로 해석하였다. Square lattice의 PBG 구조에 대하여 TE 편파에서 유전율의 변화와 결함(defect)의 유무에 대한 투과 특성을 고찰하였다.

• Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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• 2004.07a
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• pp.238-239
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• 2004

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.448-449
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• 2007

The PMMA plates with periodic ~200 nm nanosized patterned array were fabricated through the nanoimprint technique with their proper Ni stamper. The computer coding was also made with the Mathematica language software via RCWA (Rigorous Continuous Wave Analysis) and it is confirmed that simulation results are in good agreement with the experimental ones.