• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.86-87
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• 2009

High quality $CuInSe_2$ (CIS) were grown on GaAs substrate by using the hot wall epitaxy method. The behavior of point defects in the CIS layer investigated by using photoluminescence (PL) at 10 K. Point defects originating from $V_{Cu}$, $V_{Se}$, $Cu_{int}$, and $Se_{int}$ were classified as donor or acceptor types. These PL results also led us to confirm that the p-type CIS layer had obviously converted into n-type after the Cu atmosphere treatment. Finally, we found that the In in the CIS layer did not form the native defects, because In existed in the form of stable bonds in the CIS layer.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.427-427
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• 2012

Cu(In,Ga)$Se_2 $ (CIGS) 박막 태양전지는 높은 효율과 낮은 생산 단가로 인해 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히, Se flux는 박막의 특성에 가장 중요한 CIGS의 결정성, 결정립 크기, 결정방향을 형성하는데 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 일반적인 co-evaporation에 사용되는 Se effusion cell의 경우, 높은 분자가를 가지는 Se 분자들이 공급되기 때문에 낮은 반응성을 보이지만 Se cracker cell을 사용할 경우 Se 분자들이 열적으로 크래킹되어 낮은 분자가를 가지므로 화학적으로 높은 반응성을 가진다. 따라서 적은 양의 Se으로도 양질의 CIGS 박막 제작이 가능하다. 본 연구에서는 Se effusion cell과 cracker cell을 이용하여 CIGS 광흡수층을 제작하였으며, 각각 제작된 CIGS 박막의 특성을 비교하였다. 또한 Se cracker cell의 reservoir zone(R-zone) 온도를 통해 Se flux를 변화시켜 Se flux에 따른 CIGS 박막 태양전지의 특성에 대해 알아보았다. SEM, EDS, XRD 측정을 통해 박막의 특성을 분석하였고, J-V 측정을 통해 태양전지의 특성에 대해 알아보았다. Se cracker를 사용하여 제작된 CIGS 박막의 결정립 크기가 effusion cell로 제작된 박막보다 더 크게 나타났고, Se flux가 증가할수록 결정립의 크기는 증가하였다. Se cracker의 flux가 $0.17{\'{{\AA}}}$/s일 때 반사방지막 없이 13.14%의 효율을 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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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.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.11a
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• pp.278-279
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• 2015

CIGS 전구체는 각각 DC와 RF power로 셀레늄(Se)이 포함된 CuSe 타겟과 $(In,Ga)Se_2$ 타겟을 이용하여 스퍼터링 기법으로 증착한 후에 고속결정화 특성을 위해 전자빔을 조사하였다. 전자빔의 가속 전자의 강도(DC power)는 2.5~3.5keV로 조정하고 조사시간은 300초, RF power는 200W로 고정하였다. SEM image에서 전구체의 두께가 가속 전자의 강도에 따라 100~200nm의 손실됨을 확인할 수 있었다. XRD data 결과에서 3keV에서 조사된 샘플에서 가장 높은 (112) 피크의 특정 배양성을 보여 높은 결정화특성을 나타내었다. 조성비간의 변화를 보기 위해 XRF data 분석결과 전구체와 샘플간의 조성비의 차이는 그리 크지 않으나 I/III 족 비가 3 keV에서 가장 이상적인 비율이라 알려져 있는 1.0을 보였다.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.46 no.1
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• pp.16-21
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• 2013

CIGS (Cu-In-Ga-Se) films were deposited on the Mo coated soda lime glass (Mo/SLG) by RF magnetron sputtering using a single sintered target with different chemical compositions. Heat treatment of the CIGS films were carried out under three different conditions, 1step ($350^{\circ}C$ for 2 hour and $550^{\circ}C$ for 2 hour) and 2step ($350^{\circ}C$ for 1 hour and $550^{\circ}C$ for 1 hour). In the case of CIGS films post-annealed on 2step method, grain size remarkably increased compared to other methods, indicating that chemical composition [Cu/(Ga+In) = 1] of CIGS films was same as CIGS target. After heat treatment by 2step method, band gap energy of the CIGS film deposited at RF 80 W showed 1.4 eV which is broadly similar to identical band gap energy (1.2 eV) of CIGS film prepared by evaporation method. Therefore, 2step heat treatment method could be expected to low temperature process.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.11a
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• pp.234-238
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• 2004

A stoichiometric mixture of evaporating materials for $CuInSe_2$ single crystal thin films was prepared from horizontal electric furnace. To obtain the single crystal thin films, $CuInSe_2$ mixed crystal was deposited on thoroughly etched semi-insulating GaAs(100) substrate by the hot wall epitaxy (HWE) system. The source and substrate temperatures were $620^{\circ}C$ and $410^{\circ}C$, respectively. The crystalline structure of the single crystal thin films was investigated by the photoluminescence and double crystal X-ray diffraction (DCXD). The carrier density and mobility of $CuInSe_2$ single crystal thin films measured with Hall effect by van der Pauw method are $9.62{\times}10^{l6}\;cm^{-3}$ and $296\;cm^2/V{\cdot}s$ at 293 K, respectively. 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, $E_g(T)\;=\;1.1851\;eV\;-\;(8.99{\times}10^{-4}\;eV/K)T^2/(T+153K)$. The crystal field and the spin-orbit splitting energies for the valence band of the $CuInSe_2$ have been estimated to be 0.0087 eV and 0.2329 eV at 10K, respectively, by means of the photocurrent spectra and the Hopfield quasicubic model. These results indicate that the splitting of the ${\Delta}_{so}$ definitely exists in the $\Gamma_6$ states of the valence band of the $CuInSe_2$. The three photocurrent peaks observed at 10K are ascribed to the $A_1-$, $B_1-$, and $C_1$-exciton peaks for n = 1.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.376-376
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• 2011

I-III-VI2 chalcopyrite compounds, particularly copper, indium, gallium selenide(Cu(InxGa1-x)Se2, CIGS), are effective light-absorbing materials in thin-film solar application. They are direct band-gap semiconductors with correspondingly high optical absorption coefficients. Also they are stable under long-term excitation. CIS (CIGS) solar cell reached conversion efficiencies as high as 19.5%. Several methods to prepare CIS (CIGS) absorber films have been reported, such as co-evaporation, sputtering, selenization, and electrodeposition. Until now, co-evaporation is the most successful technique for the preparation of CIS (CIGS) in terms of solar efficiency, but it seems difficult to scale up. CIS solar cells have been hindered by high costs associated with a fabrication process. Therefore, inorganic colloidal ink suitable for a scalable coating process could be a key step in the development of low-cost solar cells. Here, we will present the preparation of CIS photo absorption layer by a solution process using novel metal precursors. Chalcopyrite copper indium diselenide (CuInSe2) nanocrystals ranging from 5 to 20nm in diameter were synthesized by arrested precipitation in solution. For the fabrication of CIS photo absorption layer, the CuInSe2 colloidal ink was prepared by dispersing in organic solvent and used to drop-casting on molybdenum substrate. We have characterized the nanoparticless and CIS layer by XRD, SEM, TEM, and ICP.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.319-319
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• 2010

칼코젠계 태양전지의 광흡수층으로 사용되는 CuInSe2은 직접천이형 반도체로 광흡수계수가 $1{\times}105cm-1$로 매우 높고, 전기광학적 안정성이 우수하여 실리콘 결정질 태양전지를 대체할 고효율 태양전지로 각광받고 있다. 광흡수층의 밴드갭 에너지가 증가하면 태양전지의 개방전압(Voc)이 증가하여 광변환 효율을 향상시킬 수 있으므로, CuInSe2에서 In의 일부를 Ga으로 치환하여 에너지 밴드갭의 변화를 주는 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나 화합물내의 Ga 조성비가 증가하면 단락전류(Jsc), 충진률(fill factor)이 낮아져 태양전지 효율을 저하시키게 되므로 CIGS 박막의 적절한 화합물 조성비를 갖도록 최적조건을 확립하는 것이 매우 중요하다. 본 실험에서는 광흡수층 형성을 위해 Sputtering법으로 금속 전구체를 증착하고, 고온에서 셀렌화 열처리를 수행하는 Sequential process(2단계 증착법)를 이용하였다. soda-lime glass 기판에 Back contact으로 Mo를 증착하고, 1단계로 CuIn0.7Ga0.3 조성비의 타겟을 이용하여 Sputtering법으로 $0.5{\sim}2{\mu}m$ 두께의 CIG 전구체를 증착하였다. 2단계로 CIG 전구체의 셀렌화열처리를 통하여 CIGS 화합물 구조의 박막을 형성시켰다. 이때 형성된 CIGS 화합물 박막의 두께는 동일하게 함으로써, 열처리온도에 의한 박막의 구조변화를 비교하였다. 증착된 CIGS 박막은 고온 엑스선회절분석을 통해 증착 두께와 온도 변화에 따른 CIGS 층의 구조 변화를 확인하고, 동일한 증착조건으로 Buffer layer, Window layer, Grid 전극을 형성하여 태양전지셀 특성을 평가함으로써 CIGS 태양전지 광흡수층의 결정구조에 따른 광변환 효율을 비교하였다.

• Current Photovoltaic Research
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• v.2 no.3
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• pp.88-94
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• 2014

The structural, optical and electrical properties of sputter-deposited CIGS films were directly influenced by the sputtering process parameters such as substrate temperature, working pressure, RF power and distance between target and substrate. CIGS thin films deposited by using a quaternary target revealed to be Se deficient due to Se low vapor pressure. This Se deficiency affected the overall stoichiometry of the films, causing the films to be Cu-rich. Current tends to pass through the Cu-Se channels which act as the shunting path increasing the film conductivity. The crystal structure of CIGS thin films depends on the substrate orientation due to the influence of surface morphology, grain size and stress of Mo substrate. The excess of Cu was removed from the CIGS films by KCN treatment, achieving a suitable Cu concentration (referred as Cu-poor) for the fabrication of solar cell. Due to high Cu concentrations on the CIGS film surface induced by Cu-Se phases after CIGS film deposition, KCN treatment proved to be necessary for the fabrication of high efficiency solar cells. Also during KCN treatment, dislocation density and lattice parameter decreased as excess Cu was removed, resulting in increase of bandgap and the decrease of conductivity of CIGS films. It was revealed that Cu-Se secondary phase could be removed by KCN wet etching of CIGS films, allowing the fabrication of high efficiency absorber layer.