• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.152-153
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• 2006

The new approach to buffer layer design for CIGS solar cells that permitted to reduce the buffer absorption losses in the short wavelength range and to overcome the disadvantages inherent to Cd-free CIGS solar cells was proposed. A chemical bath deposition method has been used to produce a high duality buffer layer that comprises thin film of CdS and Zn-based film. The double layer was grown on either ITO or CIGS substrates and its morphological, structural and optical properties were characterized. The Zn-based film was described as the ternary compound $ZnS_x(OH)_y$. The composition of the $ZnS_x(OH)_y$ layer was not uniform throughout its thickness. $ZnS_x(OH)_y$/CdS/substrate region was a highly intermixed region with gradually changing composition. The short wavelength cut-off of double layer was shifted to shorter wavelength (400nm) compared to that (520 nm) for the standard CdS by optimization of the double buffer design. The results show the way to improve the light energy collection efficiency of the nearly cadmium-free CIGS-based solar cells.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.160-160
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• 2013

본 실험에서는 CIGS 흡수층을 스퍼터링 방식과 급속열처리 장비를 이용한 2-step 방식을 이용하여 형성시켰다. 전구체는 DC 스퍼터링 방법으로 $Cu_{0.75}Ga_{0.25}/In$의 다층 전구체를 구성 후, 독성이 없는 셀레늄 팰릿을 graphite 상자에 넣어 급속열처리 장비로 온도를 $475{\sim}680^{\circ}C$로 온도를 조절하면서 셀렌화 하였다. 이렇게 구성된 CIGS 흡수층의 특성을 scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray differection (XRD)를 통해서 측정을 하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.399-399
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• 2011

본 논문에서는 Indium tin oxide (ITO) 투명전극의 성장온도($T_G$)가 Cu(In,Ga)$Se_2$ (CIGS) 박막태양전지에 미치는 영향을 살펴 보았다. ITO 박막은 radio-frequency magnetron sputtering을 이용하여 상온에서 $350^{\circ}C$까지의 다양한 $T_G$ 조건에서 i-ZnO/ glass와 i-ZnO/CdS/CIGS/Mo/glass 기판에 증착되었다. ITO의 비저항과 CdS/CIGS 계면 특성은 $T_G$에 크게 영향을 받았다. $T_G{\leq}200^{\circ}C$에서는 $T_G$가 증가할수록 ITO 저항이 감소하였고 이에 따른 series 저항 감소가 태양전지 성능 향상에 기여하였다. 하지만 $T_G$ > $200^{\circ}C$에서는 CdS 버퍼층의 Cd이 CIGS 층으로 확산되어 소자의 p-n 계면이 파괴되는 것을 발견하였다. $T_G=200^{\circ}C$에서 ITO를 증착한 CIGS 태양전지의 경우 가장 높은 광전변환효율을 보였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.52.1-52.1
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• 2011

최근에 에너지 자원의 고갈이 다가오는 상황에서 태양전지 분야가 주목받고 있으며 이에 대한 시장이 급격하게 확대되고 있다. 그러나 현재의 태양전지는 주를 이루고있는 실리콘태양전지의 경우 원재료 수급이 불안정하여 가격 변동이 심하다. 따라서 이를 대체할 2세대 태양전지인 박막형 태양전지의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 박막형 태양전지 중에서도 주목받고 있는 것은 Cu(In,Ga)$Se_2$(CIGS)박막 태양전지이다. CIGS는 Ga의 농도에 따라 1.02~1.68eV의 다양한 에너지 밴드갭을 갖는 직접천이형 반도체 물질이다. 또한 $1{\times}10^5cm^{-1}$의 높은 광흡수계수를 가지고 있으며, $450{\sim}590^{\circ}C$의 고온공정에서도 매우 안정하여 열화현상이 거의 보이지 않아 박막형 광흡수층 재료로서 적합하다. 흡수층을 제조하는 방법은 여러 가지가 있지만, 본 연구에서는 균일성이 뛰어나고 원료사용효율이 높은 sputtering 방법을 사용하였다. 그리고 결정화하기위해서 유독기체를 사용하는 셀.렌.화. (selenization) 방법 대신 전자빔을 조사하는 방법을 채택하였다. sputtering을 통한 CIGS precursor을 제조하기위해 2~3개의 화합물target을 사용하는데, 대표적인 방법으로 동시에 sputtering하는 co-sputtering 방법과 각각의 단일 층을 쌓아 제조하는 stack형으로 분류된다. 본 연구는 CIGS precursor를 제조하기 앞서 CuGa 단일 층만을 제조하여 공정조건에 따른 박막을 제조하였다. 제조된 CuGa 단일층은 전자빔 처리에 따른 영향을 알아보기 위해 전자빔의 세기와 공정시간을 달리하여 특성을 알아보았다. 실험에서는 Cu:75wt%,Ga:25wt% 조성의 target을 사용하여 공정 압력을 각각 10~1mTorr로 변화시키며 실험을 실시하였으며 공정 power는 50W, 70W, 100W로 변화 시키며 실험을 실시하였다. 이때 실험의 초기진공은 turbo-molecular pump를 이용하여 $1{\times}10^{-6}torr$ 이하로 하였으며, Target과 기판사이의 거리는 모두 같은 조건으로 고정하여 실험을 실시하였다. 박막의 균일성을 증가시키기 위하여 5 rpm의 속도로 기판을 회전하였으며 기판 온도는 가열하지 않고 상온에서 전구체를 증착하였다. 그 후 전자빔의 세기를 고정 시킨 후 전자빔 조사 시간을 조절하여 전자빔 조사 전후의 특성을 각각 분석하였다. 전기적특성은 Hall effect, 4-point probe, 구조적 특성은 SEM,EDS, XRD, XRF 를 이용하여 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.309.2-309.2
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• 2013

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 일반적으로 Na을 함유하고 있는 소다회유리를 기판으로 사용하여 제작되며, 높은 광전 변환 효율로 인해 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 제조 비용 절감과 양산성 향상을 위해 현재 유연 기판 CIGS 박막 태양전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 폴리이미드 기판에서 20.4%의 최고 효율이 보고되었다. 유연 기판은 유리 기판 대비 무게가 가볍기 때문에 유리 기판 태양전지보다 활용도가 높으며, 우주용으로 사용할 경우 단위 무게 당 발생되는 전력이 높은 장점이 있다. 본 연구에서는 폴리이미드 기판을 이용하여 유연 CIGS 박막 태양전지를 제작하였다. 후면 전극 Mo은 DC sputtering으로 증착하였으며, Mo의 증착 압력에 따라 폴리이미드 기판의 잔류 응력과 전기적 특성을 분석하여 증착 압력을 결정하였다. 광흡수층인 CIGS는 다단계 동시 증발 법으로 증착하였으며, 2nd stage 공정온도는 유리 기판 대비 저온인 $475^{\circ}C$로 공정을 진행하였다. 저온공정인 $475^{\circ}C$ 공정에서는 Ga의 함량이 높아질수록 성능이 감소하였으며, Na 공급을 통해 Voc와 FF가 향상되어 성능이 향상됨을 알 수 있었다. 버퍼층 CdS는 습식 공정인 CBD법으로 증착하였으며, 공정변수인 thiourea의 농도와 CdS 박막의 두께 변화를 통해 폴리이미드 기판 CIGS 박막 태양전지에서 CdS 버퍼층의 최적의 조건을 도출하였다. 최종적으로 제작된 폴리이미드 기판 유연 CIGS 박막 태양전지는 반사 방지막 없이 개방전압 0.511V, 단락전류밀도 32.31mA/cm2, 충실도 64.50%, 변환효율 10.65%를 나타내었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.158-158
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• 2011

$Cu(In_xGa_{1-x})Se_2$ (CIGS) thin film solar cell is one of the most promising solar cells in photovoltaic devices. CIGS has a direct band gap which varied from 1.0 to 1.26 eV, depending on the Ga to In ratio. Also, CIGS has been studying for an absorber in thin film solar cells due to their highest absorption coefficient which is $1{\times}10^5cm^{-1}$ and good stability for deposition process at high temperature of $450{\sim}590^{\circ}C$. Currently, the highest efficiency of CIGS thin film solar cell is approximately 20.3%, which is closely approaching to the efficiency of poly-silicon solar cell. The deposition technique is one of the most important points in preparing CIGS thin film solar cells. Among the various deposition techniques, the sputtering is known to be very effective and feasible process for mass production. In this study, CIGS thin films have been prepared by rf magnetron sputtering method using a single target. The optical and structural properties of CIGS films are generally dependent on deposition parameters. Therefore, we will explore the influence of deposition power on the properties of CIGS films and the films will be deposited by rf magnetron sputtering using CIGS single target on Mo coated soda lime glass at $500^{\circ}C$. The thickness of CIGS films will be measured by Tencor-P1 profiler. The optical properties will be measured by UV-visible spectroscopy. The crystal structure will be analyzed using X-ray diffraction (XRD). Finally the optimal deposition conditions for CIGS thin films will be developed.

• 한국재료학회지
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• 제25권4호
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• pp.196-201
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• 2015

This paper presents the impact of partial shading on $CuIn_xGa_{(1-x)}Se_2(CIGS)$ photovoltaic(PV) modules with bypass diodes. When the CIGS PV modules were partially shaded, the modules were under conditions of partial reverse bias. We investigated the characterization of the bypass diode and solar cell properties of the CIGS PV modules when these was partially shaded, comparing the results with those for a crystalline silicon module. In crystalline silicon modules, the bypass diode was operated at a partial shade modules of 1.67 % shading. This protected the crystalline silicon module from hot spot damage. In CIGS thin film modules, on the other hand, the bypass diode was not operated before 20 % shading. This caused damage because of hotspots, which occurred as wormlike defects in the CIGS thin film module. Moreover, the bypass diode adapted to the CIGS thin film module was operated fully at 60% shading, while the CIGS thin film module was not operated under these conditions. It is known that the bypass diode adapted to the CIGS thin film module operated more slowly than that of the crystalline silicon module; this bypass diode also failed to protect the module from damage. This was because of the reverse saturation current of the CIGS thin film, $1.99{\times}10^{-5}A/cm^2$, which was higher than that of crystalline silicon, $8.11{\times}10^{-7}A/cm^2$.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.431-431
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• 2016

Typical Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)-based solar cells have a buffer layer between CIGS absorber layer and transparent ZnO front electrode, which plays an important role in improving the cell performance. Among various buffer materials, chemical bath deposition (CBD)-ZnS is being steadily studied to alternative to conventional CdS and the efficiency of CBD-ZnS/CIGS solar cell shows the comparable values with that of CdS/CIGS solar cell. The intriguing thing is that reversible changes occur after exposure to illumination due to the metastable defect states in completed ZnS/CIGS solar cell, which induces an improvement of solar cell performance. Thus, it implies that the understanding of metastable defects in CBD-ZnS/CIGS solar cell is important issue. In this study, we fabricate the ITO/i-ZnO/CBD-ZnS/CIGS/Mo/SLG solar cells by controlling the NH4OH mole concentration (from 2 M to 3.5 M) of CBD-ZnS buffer layer and observe their conversion efficiency with and without light soaking for 1 hr. From the results, NH4OH mole concentration and light exposure can significantly affect the CBD-ZnS/CIGS solar cell performance. In order to investigate that which layer can contain metastable defect states to influence on solar cell performance, impedance spectroscopy and capacitance profiling technique with exposure to illumination have been applied to CBD-ZnS/CIGS solar cell. These techniques give a very useful information on the density of states within the bandgap of CIGS, free carriers density, and light-induced metastable effects. Here, we present the rearranged charge distribution after exposure to illumination and suggest the origin of the metastable defect states in CBD-ZnS/CIGS solar cell.

• 한국광물학회지
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• 제27권1호
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• pp.31-40
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• 2014

본 연구에서는 유연탄을 원료로 하는 국내 모 화력발전소에서 발생하는 비회(fly ash)와 석탄회 매립염호수(saline ash pond)에 대하여 지구화학적으로 조사함으로써 석탄회와의 반응에 의한 매립호수의 수질변화와 염수와의 반응에 의한 석탄회내의 원소용출 특성을 고찰하였다. 이를 위해, 각각 1개씩의 비회와 바닥재, 그리고 7개의 매립호수 수질시료를 채취하였다. 이 중, 비회와 바닥재, 그리고 2개의 수질시료는 총 55개 항목의 미량금속원소에 대한 분석을 수행하였다. 비회 내에는 Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Cd, Sb, Au, Pb, B 등과 같은 친황원소들의 함량이 비교적 높게 나타났다. 하지만, 매립호수 내에서는 해수에 비하여 As, Ba, Co, Ga, Li, Mn, Mo, Sb, U, V, W, Zr 등이 상대적으로 농집되어 있었다. 또한, 각 원소에 대하여 비회 내의 농도와 매립호수 내의 농도 비를 비교한 결과, Ag, Bi, Li, Mo, Rb, Sb, Sc, Se, Sn, Sr, W 등이 타 원소들과 비하여 매립호수에 농집되어 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 상대적 휘발정도에 의해 일부 금속원소가 비회의 표면에 농집된다 하더라도 금속원소의 용출특성이 용해도나 흡착처럼 각 원소의 지화학적 거동 특성에 영향 받음을 의미하는 것이다.

• 한국태양광발전학회지
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• 제7권1호
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• pp.17-26
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• 2021

Cu(In,Ga)Se₂(CIGS) 태양전지 연구개발은 1970년대부터 지속적으로 발전하여 유리 및 플렉서블 기판에서 모두 20% 이상의 고효율을 달성하였으며, 상용화도 성공적으로 이루었다. 최근 태양전지의 초고효율화를 위한 방안으로 태양전지를 적층하는 다중접합 태양전지 특히 제조원가를 고려한 탠덤 구조에 대한 연구가 상당히 주목을 받고 있다. 이는 페로브스카이트 태양전지를 상부셀로 적용하였을 때, 29.5%의 초고효율이 보고되었기 때문이다. 이런 추세로 보면 태양전지의 탠덤 구조는 초고효율화 달성에 필연적으로 사용될 것으로 생각된다. 하지만 초고효율화와 더불어 BIPV, VIPV, 모바일소자 등 심미성, 경량성, 유연성을 갖춘 다기능성 태양전지에 대한 요구까지 충족시키기 위해서는 궁극적으로 유연한 하부셀이 사용되어야 한다. 이런 점들을 고려하였을 때, 초고효율 유연 탠덤 태양전지의 하부셀로 유연 CIGS 박막 태양전지가 적합한 선택이 될 것으로 판단된다. 따라서 본 글에서는 CIGS 박막 태양전지를 기반으로 하는 탠덤 태양전지의 연구개발 현황에 대해서 살펴보고 향후 유연 탠덤 태양전지의 전망에 대해서도 기술하고자 한다.