• 한국결정학회:학술대회논문집
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• 한국결정학회 2001년도 임시총회 및 추계학술대회연구발표회(한국결정학회)
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• pp.20-20
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• 2001

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.1-11
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• 2005

The stoichiometric mixture of evaporating materials for the $CuInSe_2$ single crystal thin film was prepared from horizontal furnace. Using extrapolation method of X-ray diffraction patterns for the polycrystal $CuInSe_2$, it was found tetragonal structure whose lattice constant $a_0$ and $c_0$ were $5.783\;{\AA}$ and $11.621\;{\AA}$, respectively. To obtain the $CuInSe_2$ single crystal thin film, $CuInSe_2$ mixed crystal was deposited on throughly etched GaAs(100) by the HWE(Hot Wall Epitaxy) system. The source and substrate temperature were $620^{\circ}C$ and $410^{\circ}C$ respectively. The crystalline structure of $CuInSe_2$ single crystal thin film was investigated by the double crystal X-ray diffraction(DCXD). Hall effect on this sample was measured by the method of Van der Pauw and studied on carrier density and mobility depending on temperature. From Hall data, the mobility was likely to be decreased by impurity scattering in the temperature range 30 K to 100 K and by lattice scattering in the temperature range 100 K to 293 K. The temperature dependence of the energy band gap of the $CuInSe_2$ obtained from the absorption spectra was well described by the Varshni's relation, $E_g(T)=1.1851\;eV-(8.99{\times}10^{-4}\;eV/K)T^2/(T+153\;K)$. The open-circuit voltage, short current density, fill factor, and conversion efficiency of $n-CdS/p-CuGaSe_2$ heterojunction solar cells under $80\;mW/cm^2$ illumination were found to be 0.51V, $29.3\;mA/cm^2$, 0.76 and 14.3 %, respectively.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.472.1-472.1
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• 2014

현재 Cu(In,Ga)Se2나 Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe)계 박막태양전지의 버퍼층으로 가장 많이 사용되는 물질은 CdS이다. 하지만 Cd의 독성 문제로 인해 사용에 제약이 있고, CdS의 작은 밴드갭(~2.4 eV)으로 인해 단 파장 영역에서 광활성층의 빛 흡수를 저해하는 문제 때문에 새로운 대체 물질을 찾으려는 연구가 많이 이루어지고 있다. 이러한 관점에서, ZnS계 물질은 독성 원소인 Cd을 사용하지 않고, 3.6 eV 정도의 큰 밴드갭을 가지기 때문에, CdS 버퍼층을 대체하기 위한 물질로 관심을 받고 있다. ZnS계 버퍼층을 증착하는 위해 chemical bath deposition (CBD), molecular beam epitaxy (MBE), thermal evaporation, spray pyrolysis, sputtering, elecrtrodepostion 등의 다양한 공정이 사용될 수 있다. 본 연구에서는 상기의 다양한 공정 가운데, 공정 단가가 낮고, 대면적 공정에 용이한 CBD 공정을 이용하여 ZnS계 버퍼층을 증착하는 연구를 수행하였다. 용액의 조성, 농도, 공정 온도, 시간 등을 비롯한 다양한 공정 변수가 ZnS계 박막의 morphology, 조성, 결정성, 광학적 특성 등 다양한 특성에 미치는 영향이 체계적으로 연구되었다. 또한, 상기 ZnS계 버퍼층을 CZTSSe 박막태양전지에 적용하여 CdS를 성공적으로 대체할 수 있음을 확인하였다. 본 연구를 통하여 ZnS계 버퍼층이 향후 친환경적인 박막태양전지 제조에 활용될 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제15권6호
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• pp.252-259
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• 2005

[ $CuGaSe_2$ ] 단결정 박막은 수평 전기로에서 합성한 $CuGaSe_2$ 다결정을 증발원으로하여, hot wall epitaxy(HWE) 방법으로 증발원과 기판(반절연성 GaAs(100))의 온도를 각각 $610^{\circ}C,\;450^{\circ}C$로 고정하여 단결정 박막을 성장하였다. 이때 단결정 박막의 결정성은 광발광 스펙트럼(PL)과 이중결정 X-선 요동곡선 (DCRC)으로부터 구하였다. Hall 효과는 Van der Pauw 방법에 의해 측정되었으며, 293 K에서 운반자 농도와 이동도는 각각 $4.87{\times}10^{17}/cm^3,\;129cm^2/V{\cdot}s$였다. $n-Cds/p-CuGaSe_2$ 합 태양전지에 $80mW/cm^2$의 광을 조사시켜 최대 출력점에서 전압은 0.41 V, 전류밀도는 $21.8mA/cm^2$였고, fill factor는 0.75 그리고 태양전지 전력변환 효율은 11.17% 였다.

• 한국태양에너지학회:학술대회논문집
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• 한국태양에너지학회 2012년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.400-403
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• 2012

$Cu_2ZnSnSe_4$(CZTSe) is emerged as a promising material for thin-film solar cells because of non-toxic, inexpensive and earth abundant more than $Cu(In,Ga)Se_2$ materials. For fabricating compound semiconductor thin-film solar cells, CdS is widely used for a buffer layer which fabricated by a chemical bath deposition method (CBD). Through the experiment, we controlled deposition temperature and mol ratio of solution conditions to find the proper grain 크기 and exact composition. The optimum CdS layers were characterized in terms of surface morphology by using a scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope (AFM). The optimized CdS layer process was applied on CZTSe thin-films. The thickness of buffer layer related with device performance of solar cells which controlled by deposition time. Local surface potential of CdS/CZTSe thin-films was investigated by Kelvin probe force microscopy (KPFM). From these results, we can deduce local electric properties with different thickness of buffer layer on CZTSe thin-films. Therefore, we investigated the effect of CdS buffer layer thickness on the CZTSe thin-films for decreasing device losses. From this study, we can suggest buffer layer thickness which contributes to efficiencies and device performance of CZTSe thin-film solar cells.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2003년도 하계학술대회 논문집 Vol.4 No.1
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• pp.386-391
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• 2003

Sing1e crystal $CuAlSe_2$ layers were grown on thoroughly etched semi-insulating GaAs(100) substrate at $410^{\circ}C$ with hot wall epitaxy (HWE) system by evaporating $CuAlSe_2$source at $680^{\circ}C$. The crystalline structure of the single crystal thin films was investigated by the photoluminescence(PL) and double crystal X-ray diffraction (DCXD). The carrier density and mobility of single crystal $CuAlSe_2$ thin films measured with Hall effect by van der Pauw method are $9.24{\times}10^{16}\;cm^{-3}$ and $295\;cm^2/V{\cdot}\;s$ at 293 K, respectively. The temperature dependence of the energy band gap of the $CuAlSe_2$ obtained from the absorption spectra was well described by the Varshni's relation, $E_g(T)\;=\;2.8382\;eV\;-\;(8.86\;{\times}\;10^{-4}\;eV/K)T^2/(T\;+\;155K)$. After the as-grown single crystal $CuAlSe_2$ thin films were annealed in Cu-, Se-, and Al-atmospheres, the origin of point defects of single crystal $CuAlSe_2$ thin films has been investigated by PL at 10 K. The native defects of $V_{Cd}$, $V_{Se}$, $Cd_{int}$, and $Se_{int}$ obtained by PL measurements were classified as donors or accepters. And we concluded that the heat-treatment in the Cu-atmosphere converted single crystal $CuAlSe_2$ thin films to an optical n-type. Also, we confirmed that Al in $CuAlSe_2/GaAs$ did not form the native defects because Al in single crystal $CuAlSe_2$ thin films existed in the form of stable bonds.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제16권10호
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• pp.871-880
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• 2003

Single crystal CuAlSe$_2$ layers were grown on thoroughly etched semi-insulating GaAs(100) substrate at 410 C with hot wall epitaxy (HWE) system by evaporating CuAlSe$_2$ source at 680 C. The crystalline structure of the single crystal thin films was investigated by the photoluminescence(PL) and double crystal X -ray diffraction (DCXD). The carrier density and mobility of single crystal CuAlSe$_2$ thin films measured with Hall effect by van der Pauw method are 9.24${\times}$10$\^$16/ cm$\^$-3/ and 295 cm$^2$/V $.$ s at 293 K, respectively. The temperature dependence of the energy band gap of the CuAlSe$_2$ obtained from the absorption spectra was well described by the Varshni's relation, Eg(T) = 2.8382 eV - (8.86 ${\times}$ 10$\^$-4/ eV/K)T$^2$/(T + 155K). After the as-grown single crystal CuAlSe$_2$ thin films were annealed in Cu-, Se-, and Al-atmospheres, the origin of point defects of single crystal CuAlSe$_2$ thin films has been investigated by PL at 10 K. The native defects of V$\_$cd/, V$\_$se/, Cd$\_$int/, and Se$\_$int/ obtained by PL measurements were classified as donors or acceptors. And we concluded that the heat-treatment in the Cu-atmosphere converted single crystal CuAlSe$_2$ thin films to an optical n-type. Also, we confirmed that Al in CuAlSe$_2$/GaAs did not form the native defects because Al in single crystal CuAlSe$_2$ thin films existed in the form of stable bonds.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2005년도 추계학술대회 논문집 Vol.18
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• pp.76-77
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• 2005

Single crystal $CuAlSe_2$ layers were grown on thoroughly etched semi-insulating GaAs(100) substrate at 410$^{\circ}C$ with hot wall epitaxy (HWE) system by evaporating $CuAlSe_2$ source at $680^{\circ}C$. The crystalline structure of the single crystal thin films was investigated by the photoluminescence(PL) and double crystal X-ray diffraction (DCXO). The temperature dependence of the energy band gap of the $CuAlSe_2$ obtained from the absorpt ion spectra was wel1 described by the Varshni's relation, $E_g$(T) = 2.8382 eV - ($8.86\times10^{-4}$ eV/H)$T_2$/(T + 155K). After the as-grown single crystal $CuAlSe_2$ thin films were annealed in Cu-, Se-, and Al-atmospheres, the origin of point defects of single crystal $CuAlSe_2$ thin films has been investigated by PL at 10 K. The native defects of $V_{cd}$, $V_{se}$, $Cd_{int}$, and $Se_{int}$ obtained by PL measurements were classified as donors or acceptors. And we concluded that the heat-treatment in the Cu-atmosphere converted single crystal $CuAlSe_2$ thin films to an optical n-type. Also. we confirmed that hi in $CuAlSe_2$/GaAs did not form the native defects because Al in single crystal $CuAlSe_2$ thin films existed in the form of stable bonds.

• 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.

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