• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.16 no.2
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• pp.102-107
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• 2003

This study puts focus on the optimization of growth temperature of CIGS absorber layer which affects severely the performance of solar cells. The CIGS absorber layers were prepared by three-stage co-evaporation of metal elements in the order of In-Ga-Se. The effect of the growth temperature of 1st stage was found not to be so important, and 350$^{\circ}C$ to be the lowest optimum temperature. In the case of growth temperature at 2nd/3rd stage, the optimum temperature was revealed to be 550$^{\circ}C$. The XRD results of CIGS films showed a strong (112) preferred orientation and the Raman spectra of CIGS films showed only the Al mode peak at 173cm$\^$-1/. Scanning electron microscopy results revealed very small grains at 2nd/3rd stage growth temperature of 480$^{\circ}C$. At higher temperatures, the grain size increased together with a reduction in the number of the voids. The optimization of experimental parameters above mentioned, through the repeated fabrication and characterization of unit layers and devices, led to the highest conversion efficiency of 15.4% from CIGS-based thin film solar cell with a structure of Al/ZnO/CdS/CIGS/Mo/glass.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.98.2-98.2
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• 2012

Thin film solar cells are growing up in the market due to their high efficiency and low cost. Especially CdTe and $CuInGaSe_2$ based solar cells are leading the other cells, but due to the limited percentage of the elements present in our earth's crust like Tellurium, Indium and Gallium, the price of the solar cells will increase rapidly. Copper Zinc Tin Sulfide (CZTS) and Copper Zinc Tin Selenide (CZTSe) semiconductor (having a kesterite crystal structure) are getting attention for its solar cell application as the absorber layer. CZTS and CZTSe have almost the same crystal structure with more environmentally friendly elements. Various authors have reported growth and characterization of CZTSe films and solar cells with efficiencies about 3.2% to 8.9%. In this study, a novel method to prepare CZTSe has been proposed based on selenization of stacked Copper Selenide ($Cu_2Se$), Tin Selenide ($SnSe_2$) and Zinc Selenide (Zinc Selenide) in six possible stacking combinations. Depositions were carried out through RF magnetron sputtering. Selenization of all the samples was performed in Close Space Sublimation (CSS) in vacuum at different temperatures for three minutes. Characterization of each sample has been performed in Field Emission SEM, XRD, Raman spectroscopy, EDS and Auger. In this study, the properties and results of $Cu_2ZnSnSe_4$ thin films grown by selenization will be presented.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.31 no.11
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• pp.619-625
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• 2021

Cu₂ZnSn(S,Se)₄ (CZTSSe) based thin-film solar cells have attracted growing attention because of their earth-abundant and non-toxic elements. However, because of their large open-circuit voltage (V_oc)-deficit, CZTSSe solar cells exhibit poor device performance compared to well-established Cu(In,Ga)(S,Se)₂ (CIGS) and CdTe based solar cells. One of the main causes of this large V_oc-deficit is poor absorber properties for example, high band tailing properties, defects, secondary phases, carrier recombination, etc. In particular, the fabrication of absorbers using physical methods results in poor surface morphology, such as pin-holes and voids. To overcome this problem and form large and homogeneous CZTSSe grains, CZTSSe based absorber layers are prepared by a sputtering technique with different RTA conditions. The temperature is varied from 510 ℃ to 540 ℃ during the rapid thermal annealing (RTA) process. Further, CZTSSe thin films are examined with X-ray diffraction, X-ray fluorescence, Raman spectroscopy, IPCE, Energy dispersive spectroscopy and Scanning electron microscopy techniques. The present work shows that Cu-based secondary phase formation can be suppressed in the CZTSSe absorber layer at an optimum RTA condition.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.684-685
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• 2013

p-형 반도체인 Cu(In,Ga)$Se_2$ (CIGS) 광 흡수 층은 이보다 에너지 밴드 간격이 큰 n-형 반도체와 이종 접합을 형성한다. 흡수층과 윈도우층 사이의 결정구조 차이와 밴드갭 에너지 차이를 완화시키기 위해 버퍼층이 필요하다. 버퍼층을 형성하는 물질로 화학적 용액 성장법(Chemical Bath deposition)을 사용한 CdS가 많이 적용되어 왔으나 Cd의 유해성 및 습식 공정으로 인한 연속공정에 대한 어려움이 있다. 따라서 버퍼층을 Cd을 포함하지 않는 ZnS, $In_2S_3$, (Zn, Mg)O 등과 같은 물질로 대체하여 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition), 펄스레이져증착법(Pulsed Laser Deposition), 스퍼터링(sputtering) 등과 같은 건식으로 성장시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 $ZnO_{1-x}S_x$ ($0.2{\leq}x{\leq}0.4$)를 반응성 스퍼터링으로 증착하여 큰 밴드갭 에너지와 높은 광투과율를 갖는 버퍼층을 제작하였다. CIGS 박막의 손상을 줄여주기 위하여 RF 파워는 240, 200, 150, 100 W로 변화시켰다. CIGS 태양전지의 I-V 측정 결과, RF 파워가 150 W일 때 10.7%의 가장 높은 변환 효율을 보였고, 150 W 이상에서는 파워가 증가할 때 단락전류는 감소하였으며 개방전압은 다소 증가하였다. 반면 100 W에서 단락전류는 다소 증가하는 것에 반해 개방 전압이 급격히 낮아졌다. 이것은 파워에 따라 결합되는 산소의 양이 다르기 때문으로 생각된다.

• 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.