• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.585-585
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• 2012

$Cu(In_{1-x}Ga_x)Se_2$(CIGS) 박막 태양전지는 Chalcopyrite 계 박막 태양전지로 Cu, In, Ga, Se 각 원소의 조성을 적절히 조절하여 박막을 성장시킨다. 성장시킨 CIGS 박막은 광흡수계수가 $10^5cm^{-1}$로 다른 물질보다 뛰어나고 직접 천이형 반도체로서 얇은 두께로도 고효율의 박막 제작이 가능하다. CIGS 태양전지를 제조하는 방법은 3-stage 동시 증착법, 금속 전구체의 셀렌화 공정법, 전기 증착법 등이 있다. 그 중에 금속 전구체의 셀렌화 공정법은 다른 제조 방법에 비해 대면적 생산에 유리한 장점이 있다. 하지만 아직 상대적으로 3-stage 동시 증착법에 비해 낮은 에너지 변환 효율이 보고된다. 본 실험에서는 기존의 금속 전구체의 셀렌화 공정법과는 달리 전구체 증착과 셀렌화 공정을 동시에 하고, Se cracker를 통하여 Se 원료를 주입하는 방식인 반응성 스퍼터링 공정에서 reservoir zone의 온도 변화에 따른 특성을 분석하였다. Se cracker의 reservoir zone 온도가 증가할수록 Cu/(In+Ga) 비가 증가한다. CIGS 박막 태양전지의 구조는 Al/Ni/ITO/i-ZnO/CdS/CIGS/Mo/Soda lime glass이다. CIGS 박막의 조성비가 Cu/(In+Ga)=0.89, Ga/(In+Ga)=0.17인 박막 태양전지에서 개방전압 0.34 V, 단락전류밀도 $32.61mA/cm^2$, 충실도 56.2% 그리고 변환 효율 6.19%를 얻었다. 본 연구는 2011년도 지식경제부의 재원으로 한국에너지 기술평가원(KTEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니다(No.20093020010030).

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제30권10호
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• pp.625-630
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• 2017

ZnS was chemically deposited as a buffer layer alternative to CdS, for use as a Cd-free buffer layer in $Cu(In_{1-x}Ga_x)Se_2$ (CIGS) solar cells. The deposition of a thin film of ZnS was carried out by chemical bath deposition, following which the structural and optical properties of the ZnS layer were studied. For the experiments, zinc sulfate hepta-hydrate ($ZnSO_4{\cdot}7H_2O$), thiourea ($SC(NH_2)_2$), and ammonia ($NH_4OH$) were used as the reacting agents. The mole concentrations of $ZnSO_4$ and $SC(NH_2)_2$ were fixed at 0.03 M and 0.8 M, respectively, while that of ammonia, which acts as a complexing agent, was varied from 0.3 M to 3.5 M. By varying the mole concentration of ammonia, optimal values for parameters like optical transmission, deposition rate, and surface morphology were determined. For the fixed mole concentrations of $0.03M\;ZnSO_4{\cdot}7H_2O$ and $0.8M\;SC(NH_2)_2$, it was established that 3.0 M of ammonia could provide optimal values of the deposition rate (5.5 nm/min), average optical transmittance (81%), and energy band gap (3.81 eV), rendering the chemically deposited ZnS suitable for use as a Cd-free buffer layer in CIGS solar cells.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.309.1-309.1
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• 2013

현재까지 CIGS 박막 태양전지는 습식공정인 화학적 용액성장법을 사용하여 형성된 CdS버퍼층을 적용할 경우에 가장 높은 효율을 보이고 있다. 그러나, Cd의 독성 문제와 진공 공정과 호환되지 않는 습식공정 때문에 비독성 건식 공정 버퍼층에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 습식 공정 CdS 버퍼층을 대체하기 위하여 CdS에 비해 밴드갭이 커서 단파장에서 광 손실이 적은 ZnS 버퍼층을 cracker 황화법을 이용하여 제작하여 CIGS 박막 태양전지에 적용하였다. ZnS 버퍼층을 성장시키기 위해 DC 스퍼터를 사용하여 Zn 박막을 증착한 후, cracker를 사용하여 황화반응을 시켰다. cracker의 cracking zone 온도에 따른 S 반응성을 ZnS 박막의 투과도 변화를 통하여 관찰하였다. 성장된 ZnS 박막은 X-ray diffraction와 Rutherford backscattering spectrometry을 이용하여 박막의 결정성과 조성을 분석하였고, SEM 측정을 통하여 박막의 단면 및 표면 형상을 관찰하였다. 그리고 reflection electron energy loss spectroscopy 분석을 통해 밴드갭을 측정하였다. $700^{\circ}C$의 cracking zone 온도, 3 nm의 Zn 두께, 1 분의 황화공정 조건에서 제작된 ZnS 박막을 CIGS 태양전지의 버퍼층으로 적용한 결과, 반사방지막 없이 12.6%의 변환효율을 얻었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.257.1-257.1
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• 2015

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양 전지에서 buffer layer는 CIGS 흡수층과 TCO 사이의 밴드갭 차이에 대한 문제점과 lattice mismatch를 해결하기 위해 필수적이다. 흔히 buffer layer 물질로는 CdS가 가장 많이 사용되고 있으나 Cd의 독성에 관한 문제가 야기되고 있다. 따라서 ZnS(O, OH) buffer layer가 친환경 물질로 기존의 CdS 버퍼 층의 대체 물질로 각광 받고 있으며, 단파장 범위에서 높은 투과율로 인해 wide band gap의 Chalcopyrite 태양 전지에 응용되는 buffer layer로 많은 연구가 이루어지고 있다. 또한 buffer layer를 최적화 하여 carrier lifetime과 양자 효율이 증가시킬 수 있는 특성을 가지고 있다. 이 연구에서는 Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막에 화학습식공정 (CBD) 방법을 이용하여 최적화된 ZnS(O, OH)의 증착 조건을 찾고, 고품질의 buffer layer를 제조하기 위한 실험에 초점을 맞췄다. 또한, buffer layer의 막질을 개선하고 균일한 막을 제조하기 위해 processing parameters인 시약의 농도, 제조 시간 및 온도 등의 다양한 변화를 통해 실험을 진행하였다. 그 후 최적화된 ZnS(O, OH) buffer layer의 특성 분석을 위해 X-ray diffraction(XRD), photoluminescence (PL), scanning electron microscope (SEM) and GD-OES을 이용하였고, 이를 통해 제조된 CIGS 박막 태양전지는 light induced current-voltage (LIV) and external quantum efficiency (EQE)를 통해 특성 분석을 실시 하였다. 결과적으로, 제조된 ZnS(O, OH) buffer layer의 $ZnSO4{\cdot}7H2O$의 농도는 0.16 M, Thiourea는 0.5 M, NH4OH는 7.5 M, 그리고 반응 온도는 77.5 oC의 조건 하에 CIGS 기판 위에 균일하고 균열이 없는 ZnS(O, OH) 박막을 제조하였으며 이때 제조된 태양전지의 소자 특성은 Voc = 0.478 V, Jsc = 35.79 mA/cm2, FF = 47.77%, ${\eta}=8,18 %$이다.

• 한국재료학회지
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• 제9권2호
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• pp.173-180
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• 1999

Thermally evaporated ZnTe films were investigated as a back contact material for CdS/CdTe solar cells. Two deposition methods, coevaporation and double-layer methods, were used for Cu doping in ZnTe films. ZnTe layers (0.2$\mu\textrm{m}$ thick) were deposited either on glass or on CdS/CdTe substrates without intentional heating of the substrates. Post-deposition annealing was performed at 200,300 and $400^{\circ}C$ for 3,6 and 9 minutes, respectively. Band gap of 2.2eV was measured for both undoped and doped films and a slight change in the shape of absorption spectra was observed in Cu-doped samples after annealing at $400^{\circ}C$. The resistivity of as-deposited ZnTe decreased from 10\ulcorner~10\ulcornerΩcm down to 10\ulcornerΩcm as Cu concentration increased from 0 to 14 at.%. There was not a noticeable change in less of annealing temperature up to $300^{\circ}C$ whereas films annealed at $400^{\circ}C$ revealed hexagonal (101) orientations as well. Some of Cu-doped ZnTe revealed x-ray diffraction (XRD) peaks related with Cu\ulcornerTe(x=1.75~2). Grain growth was observed from about 20nm in as-deposited films to 50nm after annealing at $400^{\circ}C$ by scanning electron microscopy (SEM). Cu distribution in ZnTe films was not uniform according to Auger electron spectroscopy (AES) measurements.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.444.1-444.1
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• 2014

높은 광흡수 계수를 갖는 Cu(In,Ga)Se2(CIGS) 화합물 박막 소재는 고효율 태양전지 양산을 위해 가장 전도유망한 재료이나 상대적으로 매장량이 적은 In 및 Ga을 사용한다는 소재적 한계가 있다. Cu2ZnSnSe4(CZTSe) 혹은 Cu2ZnSnS4(CZTS)와 같은 Cu-Zn-Sn-Se계 화합물 반도체는 CIGS 내 희소원소인 In과 Ga이 범용원소인 Zn 및 Sn으로 대체된 소재로써 미래형 저가 태양전지 개발을 위해 활발히 연구되고 있는데, 그 화합물 조합에 따라 0.8eV부터 1.5eV까지의 에너지 밴드갭을 갖는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 열분해법으로 CZTS 나노 입자를 합성하였다. 용매로 Oleylamine을 사용하였는데, $220^{\circ}C{\sim}340^{\circ}C$의 온도 범위에서 3시간 30분 동안 CZTS 나노입자를 합성하였고, $240^{\circ}C$에서 3시간~5시간까지 합성하였다. 헥산을 이용하여 원심분리기와 초음파세척기로 용매인 Oleylamine을 제거하였고, 진공오븐에서 건조된 CZTS 분말의 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope), XRD(X-Ray Diffraction), EDS(Energy Dispersive Spectroscopy) 분석 등을 통해 합성온도에 따른 구조적, 화학적 조성 변화를 조사하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.321.1-321.1
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• 2013

높은 광흡수 계수를 갖는 Cu(In,Ga)Se2(CIGS) 화합물 박막 소재는 고효율 태양전지 양산을 위해 가장 전도유망한 재료이나 상대적으로 매장량이 적은 In 및 Ga을 사용한다는 소재적 한계가 있다. Cu2ZnSnSe4(CZTSe) 혹은 Cu2ZnSnS4(CZTS)와 같은 Cu-Zn-Sn-Se계 화합물 반도체는 CIGS 내 희소원소인 In과 Ga이 범용원소인 Zn 및 Sn으로 대체된 소재로써 미래형 저가 태양전지 개발을 위해 활발히 연구되고 있는데, 그 화합물 조합에 따라 0.8eV부터 1.5eV까지의 에너지 밴드갭을 갖는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 열분해법으로 CZTS 나노 입자를 합성하였다. 용매로 Oleylamine을 사용하였는데, $260{\sim}340^{\circ}C$의 온도 범위에서 5시간 30분 동안 CZTS 나노입자를 합성하였고, $300^{\circ}C$에서 5시간 30분~9시간까지 합성하였다. 헥산을 이용하여 원심분리기와 초음파세척기로 용매인 Oleylamine을 제거하였고, 진공오븐에서 건조된 CZTS 분말의 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope), XRD (X-Ray Diffraction), EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) 분석 등을 통해 합성온도에 따른 구조적, 화학적 조성 변화를 조사하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.400-400
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• 2012

산화물 반도체는 넓은 에너지갭을 가지고 높은 이동성과 높은 투명성을 가지기 때문에 초고 속 박막 트랜지스터(Thin film transistor; TFT)에 많이 응용되고 있다. 그러나 ZnO 및 $In_2O_3$ 산화물 반도체를 박막트랜지스터에 사용할 경우 소자가 불안정하여 전기적 성질이 저하되고 문턱전압의 이동이 일어난다. TFT에 사용되는 산화물 반도체로는 GaInZnO, ZrInZnO, HfInZnO 및 GaSnZnO의 전기적 특성에 관한 연구가 많이 되었다. 그러나 titanium-indium-zinc-oxide (TIZO) TFT에 대한 연구는 비교적 적게 수행 되었다. 본 연구에서는 TFTs의 안정성을 향상하기 위하여 TFT의 채널로 사용되는 TiInZnO를 형성하는데 간단한 제조 공정과 낮은 비용의 용액 증착방법을 사용하였다. 졸-겔 전해액은 Titanium (IV) isopropoxide $[Ti(OCH(CH_3)_2)_4]$, 0.1 M Zinc acetate dihydrate $[Zn(CH_3COO)_2{\cdot}2H_2O]$ 그리고 indium nitrate hydrate $[In(NO_3)_3{\cdot}xH_2O]$을 2-methoxyethanol의 용액에 합성하였다. $70^{\circ}C$에서 한 시간 동안 혼합 하였다. Ti의 몰 비율은 10%, 20% 및 40% 로 각각 달리하여 제작하였다. $SiO_2$층 위에 2,500 rpm 속도로 25초 동안 스핀 코팅하여 TFT를 제작하였다. TIZO 박막에 대한 X-선 광전자 스펙트럼 관측 결과는 Ti 몰 비율이 증가함에 따라 Ti 2p1/2피크의 세기가 증가함을 보여주었다. TiZO 박막에 Ti 원자를 첨가하면 $O^{2-}$ 이온이 감소하기 때문에 전하의 농도가 변화하였다. 전하 농도의 변화는 TiZO 채널을 사용하여 제작한 TFT의 문턱전압을 양 방향으로 이동 하였으며 off-전류를 감소하였다. TiZO 채널을 사용하여 제작한 TFT의 드레인 전류-게이트 전압 특성은 on/off비율이 $0.21{\times}107$ 만큼 크며 이것은 TFT 소자로서 우수한 성능을 보여주고 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.464.1-464.1
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• 2014

Among numerous material candidates, Cu(InxGa1-x)(SySe2-y) (CIGS) thin films have emerged as promising material candidates for thin film solar cell applications due to the high energy conversion efficiency and relatively low fabrication cost. The CIGS thin film solar cells consist of several materials, including Mo back contacts, ZnO-based window layers, and CdS buffer layers. All these materials have different crystal structures and contain quite distinct chemical elements, and hence the device characterization requires careful analyses. Most of all, identification of the major trap states resulting in the carrier recombination processes is a key step toward realization of high efficiency CIGS solar cells. We have carried out electrical investigations of CIGS thin film solar cells to specify the major trap states and their roles in photovoltaic performance. In particular, we have used the temperature-dependent transport characterizations and admittance spectroscopy. In this presentation, we will introduce some exemplary studies of DC and AC electrical characteristics of the CIGS solar cells.

• 센서학회지
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• 제10권1호
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• pp.62-70
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• 2001

CBD방법으로 성장하여 $450^{\circ}C$로 열처리한 ZnSe 박막은 회전 무늬로부터 외삽법으로 구한 격자상수 $a_0$가 $5.6678\;{\AA}$인 zinc blend임을 알았다. Van der Pauw 방법으로 측정한 Hall 데이터에 의한 이동도는 10 K에서 150 K 까지는 불순물 산란 (impurity scatterimg)에 의하여, 150 K에서 293 K까지는 격자산란 (lattice scattering)에 의하여 감소하는 경향을 나타냈다. 또한 운반자 농도의 ln n대 1/T에서 구한 활성화 에너지($E_a$)는 0.27 eV였다. 투과 곡선의 투과단으로 본 띠 간격은 293 k에서 $2,700{\underline{5}}\;eV$이었던 것이 10K에서는 $2.873{\underline{9}}\;eV$로 변하였다. 광전류 봉우리 위치를 투과단과 비교할 때 293 K에서 30 K까지 관측된 한 개의 봉우리는 가전자대 ${\Gamma}_8$에서 전도대 ${\Gamma}_6$로 전이에 의한 광전류 봉우리이고, 10K에서 관측된 단파장대 417.3 nm($2.971{\underline{4}}\;eV$)의 봉우리는 가전자대 ${\Gamma}_7$에서 전도대 ${\Gamma}_6$로, 431.5 nm($2.873{\underline{3}}\;eV$)의 봉우리는 가전자대 ${\Gamma}_8$에서 전도대 ${\Gamma}_6$로 전이에 의한 광전류 봉우리가 관측된 것으로 판단된다. 광전류 봉우리의 10K에서 단파장대의 가전자대 갈라짐(splitting)에 의해서 측정된 ${\Delta}so$(spin orbit coupling)는 $0.098{\underline{1}}\;eV$ 였다. 10 K에서 광발광 봉우리의 440.7 nm($2.812{\underline{7}}\;eV$)는 자유 엑시톤(free exciton : $E_x$), 443.5 nm ($2.795{\underline{5}}\;eV$)는 주개-얽매인 엑시톤(donor-bound exciton) 인 $I_2(D^0,\;X)$와 445.7 nm ($2.781{\underline{8}}\;eV$)는 반개-얽매인 엑시톤(acceptor-bound exciton) 인 $I_1(A^0,X)$이고, 460.5 nm ($2.692{\underline{3}}\;eV$)는 주개-받개쌍(donor-acceptor pair:DAP) 발광, 580 nm ($2.137{\underline{6}}\;eV$)는 self activated(A)에 기인하는 광발광 봉우리로 분석된다.