• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
• /
• pp.298-299
• /
• 2010

Cu(In, Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 Soda lime glass/Mo/CIGS/CdS/ZnO/ITO/Al 의 구조를 가지고 있다. CIGS 화합물은 direct bandgap 구조를 하고 있으며, 광흡수율이 다른 어떤 물질들 보다 뛰어나 박막으로도 충분히 태양광을 흡수할 수 있다. 또한 Ga의 도핑 농도에 따른 밴드갭 조절도 가능하다. 이러한 성질들로 인해 현재 박막태양전지로서 20.1%의 최고효율을 가지고 있다.[1] CIGS 박막 태양전지에서 p-CIGS layer와 스퍼터링으로 증착되는 n-ZnO layer사이의 buffer 층으로 chemical bath deposition (CBD)-CdS 박막을 주로 사용한다. CBD-CdS 박막은 n-ZnO 스퍼터로 증착 시킬 때, CIGS 층의 손상을 최소화하고, 이 두 층 사이에서의 격자상수와 밴드갭의 차이를 줄여주어 CIGS 박막태양전지의 효율을 증가 시키는 역할을 한다. 하지만, Cd (카드뮴)의 심각한 독성과 낮은 밴드갭(2.4eV)으로 인해 CIGS 층에서의 광흡수율을 줄여, CdS를 대체할 새로운 buffer 층의 필요성이 대두되었다.[2] 그 대안으로 ZnS, Zn(O, S, OH), (Zn, Mg)O, In2S3 같은 물질이 연구되고 있다. 현재 CBD-ZnS를 buffer 층으로 사용한 CIGS 박막태양전지의 효율은 최고 18.6%로 CBD-CdS의 최고효율보다는 약 1.5% 낮지만, ZnS가 높은 밴드갭(3.7~3.8eV)과 Cd-free 물질이라는 점에서 CdS를 대체할 물질로 각광받고 있다. 본 연구에서는 기존의 CdS 박막을 제조하는 방법과 같은 방법인 CBD를 이용하여 ZnS 박막을 제조하였다. ZnS 박막을 제조하기 위해서는 Zinc sulfate, Thiourea, 암모니아가 사용된다. 암모니아의 mol 농도에 따른 CBD-ZnS/CIGS 박막태양전지의 효율 변화를 관찰하기 위해 암모니아의 mol 농도는 1 mol, 2 mol, 3 mol, 4 mol, 5 mol, 6 mol, 그 이상의 과량을 사용하여 실험하였다. 실험 결과, 암모니아농도 5 mol에서 효율 13.82%를 확인할 수 있었다. 최고효율을 보인 조건인 암모니아 농도가 5 mol 일 때, Voc는 0.602V, Jsc는 33.109mA/cm2, FF는 69.4%를 나타내었다.

• Current Photovoltaic Research
• /
• 제1권2호
• /
• pp.115-121
• /
• 2013

ZnO film has been used for CIGS solar cells as a buffer layer as itself or by doping Mg and Sn; ZnO film also has been used as a transparent conducting layer by doping Al or B for solar cells. Since ZnO itself is a host material for many applications it is necessary to understand the electrical and optical properties of ZnO film itself with various preparation conditions. We prepared ZnO films by converting ZnS precursor into ZnO film by thermal annealing. ZnO film was formed at low temperature as low as $500^{\circ}C$ by annealing a ZnS precursor layer in air. In the air annealing, the electrical resistivity decreased monotonically with increasing annealing temperature; the intensity of the green photoluminescence at 505 nm increased up to $750^{\circ}C$ annealing. The electrical resistivity further decreased and the intensity of green emission also increased in reducing atmospheres. The results suggest that deep-level defects originated by oxygen vacancy enhanced green emission, which reduce light transmittance and enhance the recombination of electrons in conduction band and holes in valence. More oxidizing environment is necessary to obtain defect-free ZnO film for higher transparency.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
• /
• pp.259-259
• /
• 2010

Periodically polarity inverted (PPI) ZnO structures on (0001) Al2O3 substrates are demonstrated by plasmas assisted molecular beam epitaxy. The patterning and re-growth methods are used to realize the PPI ZnO by employing the polarity controlling method. For the in-situ polarity controlling of ZnO films, Cr-compound buffer layers are used.[1, 2] The region with the CrN intermediate layer and the region with the Cr2O3 and Al2O3 substrate were used to grow the Zn- and O-polar ZnO films, respectively. The growth behaviors with anisotropic properties of PPI ZnO heterostructures are investigated. The periodical polarity inversion is evaluated by contrast images of piezo-response microscopy. Structural and optical interface properties of PPI ZnO are investigated by the transmission electron microcopy (TEM) and micro photoluminescence ($\mu$-PL). The inversion domain boundaries (IDBs) between the Zn and the O-polar ZnO regions were clearly observed by TEM. Moreover, the investigation of spatially resolved local photoluminescence characteristics of PPI ZnO revealed stronger excitonic emission at the interfacial region with the IDBs compared to the Zn-polar or the O-polar ZnO region. The possible mechanisms will be discussed with the consideration of the atomic configuration, carrier life time, and geometrical effects. The successful realization of PPI structures with nanometer scale period indicates the possibility for the application to the photonic band-gap structures or waveguide fabrication. The details of application and results will be discussed.

• 한국결정학회지
• /
• 제7권2호
• /
• pp.175-182
• /
• 1996

ZnO 박막의 증착 거동에 대한 기본 실험을 하기 위하여 우선 코닝 7050 유리 기판을 사용하여 증착 변수에 따른 박막의 성장특성을 규명하였다. 산소가스의 영향을 보면, ZnO 박막의 산소를 주입시키지 않은 경우에는 배향성을 갖지 못하고 있으며, 일정양의 산소가 있어야 (002) 배향성을 가진 ZnO 박막이 증착되고 있음을 알 수 있었다. 또한 실험결과에 의하면 rf 전력과 기판온도에 따라서 ZnO 박막의 결정성 및 성장면의 큰 변화가 관찰되고 있는데, 이들 변수의 크기가 증가할수록 SAW소자에 적합한 양질의 배향성 박막을 얻을 수 있었다. 실험에서 얻은 최적조선은 rf 전력 300W, 기판온도 300℃, Ar/O2=50/50 이다. SAW 특성을 분석하기 위하여 diamond/Si 기판위에 Al 박막을 증착시킨 후 자체 제작한 마스크를 이용하여 건식 식각법에 의한 IDT 제작을 시도하였다. 그 다음 위의 최적 조건에서 ZnO 박막을 증착하고 탄성표면파 특성을 분석하였다. 측정에 사용한 디자인은 λ(파장)는 24μm으로서 측정결과 simulation 값과 실험치가 잘 일치하고 있었다. 측정된 중심주파수는 250MHz이고, 이로부터 계산한 ZnO/diamond 구조의 전단 속도는 약 6000m/s의 값을 나타냈으며, 이 값은 실제 이론치와 거의 일치하고 있었다.

• 자원리싸이클링
• /
• 제13권6호
• /
• pp.37-42
• /
• 2004

NiO, ZnO 조성이 다른 Ni-Cu-Zn 페라이트의 손실 분석을 실시했다. 손실, Ph는 측정 온도의 상승에 따라 감소해 100-120$^{\circ}C$ 근처에서 일정한 값을 얻었다. Pcv의 주파수의존성은 Pcv~f$^n$ 로 표현될 수 있는데, n은 1 MHz까지 일정했다. Pcv는 ZnO/NiO비가 증가함에 따라 감소한다. Pcv를 Hysteresis loss(Ph) 및 잔류손실(Pcv-Ph)로 분리했다. Pcv의 온도특성 및 조성 의존성은 Ph에 기인하지만, Pcv-Ph는 온도 및 조성에 의존하지 않는다. Ph와 초투자율, ${\mu}_i$의 온도 및 조성 의존성을 분석해, 다음과 같은 식이 성립된다는 것을 알 수 있었다. ${\mu}_i{\mu}_0=I_s^2/(K_I+b{\sigma}_0{\lambda}_s)$ Wh=13.5(I$_s^2/{\mu}_i{\mu}_0)$ 여기서, ${\mu}_0$은 진공의 투자율, I$_s$는 포화자화, K$_I$는 이방성상수, ${\sigma}_0$는 내부 불균일 응력, ${\lambda}_s$는 자기이방성 상수, b는 미지의 상수, Wh는 1주기 당의 히스테리시스 손실(Ph=Wh${\times}$f)이다. Ni-Cu-Zn 페라이트의 Steinmetz 상수 m=1.64~2.2는 Mn-Zn 페라이트보다는 적은데, 이는 양 재료 간의 손실 메커니즘의 차가 있음을 암시하는 것이다.

• 한국표면공학회지
• /
• 제45권5호
• /
• pp.193-197
• /
• 2012

The influence of annealing process in an $O_2$ atmosphere on the photoluminescence (PL) spectra properties of ZnS nanowires has been investigated. ZnS nanowires with the diameters approximately 100 nm and the lengths a few tens micrometers were synthesized by evaporating ZnS powders on Si substrates while using an Au thin film as a catalyst. ZnS nanowires had an NBE emission band at 430 nm in the violet region. The emission intensity was improved drastically by a process in which ZnS nanowires were heat-treated at $500^{\circ}C$ in an $O_2$ atmosphere for 45 minutes.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2008년도 춘계학술대회 및 기술 세미나 논문집 디스플레이 광소자
• /
• pp.65-66
• /
• 2008

The realization and origin of p-type ZnO are main issue for photoelectronic devices based on ZnO material. N-doped and nominally undoped p-type ZnO films were achieved on silicon (100) and homo-buffer layers by RF magnetron sputtering and post in-situ annealing. The undoped film shows high hole mobility of 1201 $cm^2V^{-1}s^{-1}$ and low resistivity of $0.0454\Omega{\cdot}cm$ with hole concentration of $1.145\times10^{17}cm^{-3}$. The photoluminescence(PL) spectra show the emissions related to FE, DAP and defects of $V_{Zn}$, $V_O$, $Zn_O$, $O_i$ and $O_{Zn}$.

• 한국전기전자재료학회논문지
• /
• 제18권12호
• /
• pp.1117-1123
• /
• 2005

In this study, our varistors based on M. Matsuoka's composition were fabricated with ZnO nano-powder whose sizes were 50 nm and 100 nm. Before fabrication of ZnO nano-powder varistors, structure and Phase were analyzed by FE-SEM and XRD with size of ZnO nano-powders to obtain manufacturing information to fabricate the first ZnO varistors using by nano-powders. As a results of these analyses, calcination and sintering temperatures were respectively designed at $600^{\circ}C\;and\;1050^{\circ}C$. ZnO nano-powder varistors were analyzed by SEM and XRD to measure the changes of microstructures and phase after sintered by out process conditions. Also, electrical properties of ZnO nano-powder varistors were obtained by capacitance-voltage, frequency-teal impedance, and current-voltage corves. Our ZnO nano-powder varistors had about 2.5 times of electric field at varistor voltage as compared with normal ZnO varistors fabricated with micro-powder. Also, leakage current and non-liner coefficient respectively had $2.0{\times}10^{-6}A/cm^{-2}$ and 41 for ZnO nano-powder varistors with 50 nm.

• 한국전기전자재료학회논문지
• /
• 제19권8호
• /
• pp.769-774
• /
• 2006

In this paper the ZnO thin films, which has used spotlight of next generation short wavelength LEDs and semiconductor laser were deposited based on RF magnetron sputtering is described. The temperature at substrate and work pressure, which has implemented in sputtering process of ZnO thin films were settle down at $100^{\circ}C$ and 15 mTorr respectively. The ZnO 5N has used target. The thickness of ZnO thin films was about $1.6{\mu}m$ which was measured by SEM analysis after the sputtering process. Structural properties of ZnO thin films by in-situ and atmosphere annealing were analyzed by XRD. Transformation of grain size and surface roughness were observed by AFM. XPS spectra showed that ZnO thin film had a peak positions corresponding to the $Zn_{2p}$ and the $O_{1s}$. As form above XPS, we confirmed that post-annealing condition changed the atom ratio of Zn/O and microstructure in ZnO thin films.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.330-332
• /
• 2013

소 분위기에서 플라즈마 표면 처리의 경우 기판 표면에 존재하는 수소와 탄소 유기물들이 산소와 반응하여 $H_2O$와 $CO_2$ 등으로 제거되며 표면에 오존 결합을 유도하여 표면 에너지를 증가시키는 것으로 알려져 있다. ZnO 나노구조물을 성장시키는 방법으로는 MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposited), PLD (Pulsed Laser Deposition), VLS (Vapor-Liquid-Solid), Sputtering, 습식화학합성법(Wet Chemical Method) 방법 등이 있다. 그중에서도 습식화학합성법은 쉽게 구성요소를 제어할 수 있고, 저비용 공정과 낮은 온도에서 성장 가능하며 플렉서블 소자에도 적용이 가능하다. 그러므로 본 연구에서는 플라즈마 표면처리에 따라 표면에너지를 변화하여 습식화학합성법으로 성장시킨 ZnO nanorods의 밀도를 제어하고 photolithography 공정 없이 패터닝 가능성을 유 무를 판단하는 연구를 진행하였다. 기판은 Si wafer (100)를 사용하였으며 세척 후 표면에너지 증가를 위한 플라즈마 표면처리를 실시하였다. 분위기 가스는 Ar/$O_2$를 사용하였으며 입력전압 400 W에서 0, 5, 10, 15, 60초 동안 각각 실시하였다. ZnO nanorods의 seed layer를 도포하기 위하여 Zinc acetate dehydrate [Zn $(CH_3COO)_2{\cdot}2H_2O$, 0.03 M]를 ethanol 50 ml에 용해시킨 후 스핀코팅기를 이용하여 850 RPM, 15초로 5회 실시하였으며 $80^{\circ}C$에서 5분간 건조하였다. ZnO rods의 성장은 Zinc nitrate hexahydrate [$Zn(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$, 0.025M], HMT [$C6H_{12}N_4$, 0.025M]를 deionized water 250 ml에 용해시켜 hotplate에 올리고 $300^{\circ}C$에서 녹인 후 $200^{\circ}C$에서 3시간 성장시켰다. ZnO nanorods의 성장 공정은(Fig. 1)과 같다. 먼저 플라즈마 처리한 시편의 표면에너지 측정을 위해 접촉각 측정 장치[KRUSS, DSA100]를 이용하였다. 그 결과 0, 5, 10, 15, 60 초로 플라즈마 표면 처리했던 시편이 각각 Fig. l, 2와 같이 $79^{\circ}$, $43^{\circ}$, $11^{\circ}$, $6^{\circ}$, $7.8^{\circ}$로 측정되었으며 이것을 각각 습식화학합성법으로 ZnO nanorods를 성장 시켰을 때 Fig. 3과 같이 밀도 차이를 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 기판의 표면에너지를 제어하여 Fig. 4와 같이 나타나며 photolithography 공정없이 ZnO nanorods를 패터닝을 할 수 있었다. 본 연구에서는 플라즈마 표면 처리를 통하여 표면에너지의 변화를 제어함으로써 ZnO nanorods 성장의 밀도 차이를 나타냈었다. 이러한 저비용, 저온 공정으로 $O_2$, CO, $H_2$, $H_2O$와 같은 다양한 화학종에 반응하는 ZnO를 이용한 플렉시블 화학센서에 응용 및 사용될 수 있고, 플렉시블 디스플레이 및 3D 디스플레이 소자에 활용 가능하다.