• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.327-327
• /
• 2013

본 연구에서는 $SiO_2$ Target과 $In_2O_3$ Target으로 co-sputtering방법을 이용해 증착한 Si-doped $In_2O_3$ (ISO) 박막의 Si 도핑 농도에 따른 전기적, 광학적, 구조적 특성에 대해 연구하였고, 이를 유기태양 전지(OPVs) 에 적용함으로써 그 가능성을 타진하였다. $In_2O_3$ target의 DC power를 100 W로 고정시킨 채 $SiO_2$ target의 RF power 크기를 20~60 W 변화시키면서 상온에서 실험을 진행한 결과 최적 조건은 박막의 두께가 200 nm일 때 Working pressure는 3 mTorr이고, RF power는 50 W이었다. 이 조건으로 제작된 ISO 박막은 550 nm에서 81.51%의 광투과율과 51.91 Ohm/sq.의 비교적 낮은 면저항이 나타남을 Hall measurement 및 UV/Vis spectroscopy 분석을 통해 알 수 있었다. 또한 X-ray diffraction 분석법과 Transmission Electron Microscope 분석법을 통해 $SiO_2$ 도핑 power가 50 W 이상으로 증가할 경우 ISO 박막의 결정성이 감소하여 완벽한 비정질상의 ISO 투명박막이 형성됨을 확인할 수 있었다. 비정질 특성을 갖는 ISO 투명 전극을 이용하여 유기 박막형 태양전지를 제작한 결과 Voc (0.576 V), Jsc (7.671 mA/$cm^2$), FF (62.96%), PCE (2.78%)의 특성을 나타냄으로서 co-sputtering 공정을 통해 최적화된 ISO 박막을 유기 박막형 태양전지에 적용함으로써 광전소자로의 적용 가능성을 확인할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.309.1-309.1
• /
• 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
• /
• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
• /
• pp.292-292
• /
• 2012

현재 투명전극은 주로 ITO를 사용하고 있으며, ITO는 인듐산화물(In2O3)과 주석산화물(SnO2)이 9대 1의 비율로 혼합된 화합물로 인듐이 주성분이다. 따라서 ITO 사용량의 증가는 인듐의 수요 증가를 이끌어 2003년 이후 인듐 잉곳의 가격이 급등하였다. LCD에 응용되는 금속재료의 가격추이를 비교해보면, 인듐이 가장 큰 변화를 보이고 있으며, 2005년 인듐 가격은 2002년 대비 1,000% 이상 상승하였다가 2007년 이후 500%p 하락하여 2008년 2월 22일 기준으로 톤당 49만 달러에 거래되고 있다. 같은 기간 동안 알루미늄의 가격은 76.6% 상승하였으며 구리는 394%, 주석은 331% 상승하였다. 이러한 인듐의 가격 상승폭은 동일한 기간 동안 다른 금속 재료와 비해 매우 크며, 단위 질량당 가격도 20배 이상 높은 수준이다. ITO의 주성분인 인듐의 이러한 가격의 급등 및 향후 인듐의 Shortage 예상으로 인해 ITO 대체재 확보의 필요성이 증가되고 있다. 태양광 발전산업에서 현재 주류인 결정질 실리콘 태양전지의 변환효율은 꾸준히 향상되고 있으나, 태양전지의 가격이 매년 서서히 하강되고 있는 실정에서 결정질 실리콘 가격의 상승 등으로 고부가 가치 산업유지에 어려움이 있으며, 생산 원가를 낮출 수 있는 태양전지 제조기술로는 2세대 태양전지로 불리는 박막형이 현재의 대안으로 자리매김하고 있으며, 박막태양전지 산업분야가 현재의 정부정책 지원 없이 자생력을 갖추고 또한 시장 경쟁력을 확보하기 위해서는 박막태양전지 개발과 더불어 저가의 재료개발도 시급한 상황이다. 본 연구에서는 In-line magnetron sputtering system을 사용하여 소다라임 유리기판 위에 박막태양전지용 투명전도성 ZnO(Al) 박막을 제작하였고, 특히 이 박막은 n-형 반도체 특성을 가져야하기 때문에 홀이동도와 개리어농도의 상관관계 및 박막의 두께, 광투과율 특성, 온도 의존성을 조사하였고, 이를 논하고자 한다. (본 연구는 중소기업청의 기술혁신개발사업 연구지원금으로 이루어졌음).

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.159-159
• /
• 2009

RF 스퍼터링법을 이용하여 유리기판위에 ZnO:Al 박막을 증착하고 다양한 조건 하에서 후 열처리를 실시하여 이에 따른 박막의 구조적, 전기적 및 광학적 특성과 HCl 습식 식각 후의 표면형상 변화를 조사하였다. ZnO:Al 투명전도막은 우수한 전기적, 광학적 특성, 수소 플라즈마 안정성 및 저 비용 등으로 실리콘 박막 태양전지 전면 전극용으로 많은 관심을 받고 있다. 기존의 비정질 실리콘 박막 태양전지용으로 많이 사용되고 있는 상용 Asahi-U형 ($SnO_2:F$) 투명전도막의 경우는 수소 플라즈마에 대한 안정성이 낮고 입사광의 장파장 대역에서의 낮은 산란특성으로 인하여 실리콘 박막 태양전지의 고효율화를 위한 적용에 한계를 나타내고 있다. 이를 개선하기 위하여 스퍼터링법으로 우수한 전기적 특성을 갖는 ZnO:Al 박막을 제조한 후 습식 식각을 통한 표면형상 변화를 통하여 입사광의 산란특성을 향상시키는 방법이 개발되어 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 2.5 wt%의 $Al_2O_3$가 함유된 ZnO 타겟을 이용하여 ZnO:Al 박막을 RF 스퍼터링으로 증착한 후 $N_2$ 분위기와 진공 분위기 하에서 다양한 시간과 온도에 따라 후열처리를 하여 열처리 전 박막과의 물질 특성을 상호 비교하고 1%로 희석된 HCl로 습식 식각하여 열처리 전 박막의 구조적 특성이 습식 식각 후의 박막 표면형상 변화에 미치는 영향을 조사하였다. 이로부터 후열처리를 통한 ZnO:Al 투명전도막의 특성을 최적화하고 Asahi-U형 투명전도막과의 특성 비교를 통하여 실리콘 박막 태양전지용 전면전극으로의 적용 가능성을 조사하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2001년도 추계 학술발표강연 및 논문개요집
• /
• pp.87-87
• /
• 2001

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
• /
• pp.319-319
• /
• 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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
• /
• pp.388-388
• /
• 2011

본 연구에서는 CuO 나노 입자를 poly(3,4,-ethylene dioxythiophene):polystyrene sulfonic acid (PEDOT:PSS) 버퍼층에 첨가하여 정공의 이동도를 높임으로서 poly(3-hexylthiophene) (P3HT) as the electron donor and (6.6) phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) 기반의 유기 태양전지를 제작하였다. 일반적으로 PEDOT:PSS 박막은 높은 광 투과율과 상대적으로 우수한 전기전도도를 지닌 p-type의 유기 반도체 물질로써 유기 태양전지의 홀 전도막으로 널리 사용되어지고 있다. 하지만 낮은 홀이동도로 인하여 전달된 정공이 전극까지 전달되는데에 한계점이 있어 본 연구에서 이를 극복하기 위한 방안으로 p-type의 무기 반도체 물질인 CuO 나노 입자를 PEDOT:PSS 박막내에 첨가하여 홀 이동도를 높이고자 하였다. CuO 나노 입자를 PEDOT:PSS 용액에 각각 5, 10, 15, 20mg/ml 의 농도로 첨가하여 유기 태양 전지의 버퍼층으로 사용을 하였다. 이렇게 제작되어진 각각의 PEDOT:PSS 박막과 CuO 나노 입자가 첨가된 PEDOT:PSS 박막의 전기적, 광학적 및 표면 분석을 통하여 CuO 나노 입자가 PEODT:PSS 박막에 미치는 영향을 조사하였고, 이를 통하여 P3HT:PCBM 기반의 유기 태양전지를 제작하여 전기적 특성 분석을 수행하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.193-193
• /
• 2013

실리콘 박막 태양전지는 광 흡수층에서 형성된 정공과 전자를 효과적으로 분리하기 위해 p형과 n형으로 도핑된 층을 형성하는 p-i-n구조를 갖게 된다. 이러한 도핑 층을 형성하기 위해 B2H6와 PH3와 같은 독성 가스를 사용하기 때문에, 공정 안정성과 환경적인 이슈가 대두된다. 또한 도핑은 추가적으로 실리콘 박막 태양전지의 안정화 효율을 지속적으로 저하시키는 요인이 된다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 창층으로 MoO3, V2O5, WO3 등과 같이 높은 일함수를 갖는 전이금속 산화물을 사용하고, 광 흡수층으로 i-Si:H을, 후면 전극으로 낮은 일함수를 나타내는 LiF/Al을 사용하였다. 전이금속 산화물과 LiF/Al의 큰 일함수 차이에 의해서 흡수층인 i-Si:H 에서 생성된 캐리어들은 효과적으로 분리되고 수집이 된다. 금속 산화물은 스퍼터링 공정에 의하여 이루어졌으며, 스퍼터링 공정조건에 따라 산화도가 조절되며, 이러한 산화도에 따라 태양전지의 셀 특성이 결정된다. 도핑 층이 없는 새로운 형태의 실리콘 박막 태양전지는 기존 비정질 실리콘 박막 태양전지에 비해 높은 안정화 효율을 나타내며, 이는 도핑 층이 없기 때문에 기존 실리콘 박막 태양전지의 열화현상에 따른 효율저하가 발생하지 않는 장점을 지내고 있다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
• /
• 한국표면공학회 2012년도 춘계학술발표회 논문집
• /
• pp.301-302
• /
• 2012

본 연구에서는 ripple 형태의 ZnO 박막을 역구조 태양전지의 전자 수집층으로 사용하였으며, 원자층 증착법 (Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하여 $TiO_2$ 박막을 ZnO 표면에 증착하였다. $TiO_2$가 ZnO 표면 위에 약 <3nm 정도 두께의 초미세 박막으로 형성되었을 경우 태양전지의 성능이 향상되었다. 특히 Jsc (short-circuit current)와 전환효율 값의 향상을 보였다. 반면 $TiO_2$를 더 두껍게 증착되었을 경우 오히려 태양전지 성능이 떨어지는 결과를 얻었다. 이와 같은 결과 전자를 수집하는 ZnO 위에서 $TiO_2$가 장벽으로 작용함으로써 전자의 이동을 억제하기 때문으로 풀이된다. 반면 $TiO_2$가 초미세 박막으로 형성되었을 때 ZnO 표면에 존재하는 결함자리, 즉 전자와 정공이 재결합하는 자리를 덮어줌으로써 오히려 태양전지의 성능을 향상시키게 된다. 본 연구에서는 ALD 방법을 이용하여 $TiO_2$의 미세한 두께조절을 통해 태양전지 성능향상이 가능함을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
• /
• pp.23-23
• /
• 2010

CIGS 박막태양전지는 박막태양전지 기술 중 가장 주목을 받고 있는 기술에 해당한다. 그 이유는 박막태양전지 기술 중 즉, CdTe, a-Si, CIGS 중 가장 셀 효율이 높게 구현되고 있으며, 특히 다양한 제조공정이 가능하기 때문이다. 현재 CIGS 박막태양전지 양산에 적용되고 있는 제조기술은 동시증발법과 스퍼터/셀렌화 공정이다. 동시증발법의 경우, CIGS 태양전지의 세계최고효율을 구현한 기술로서 다른 모든 제조기술의 기준이 되는 공정이나, 실제로는 스퍼터/셀렌화 공정을 이용한 양산 규모가 훨씬 크게 전개되고 있다. 본 논문에서는 동시증발법이 최고효율을 구사한 물질 및 공정 스펙에 대해 살펴보고, 스퍼터/셀렌화 공정에서 동시증발법에 의해 제조된 소자 스펙을 구현하기 위해 어떠한 노력을 기울여야 하는 지에 대해 기술하고자 한다. 먼저, 동시증발법이 적용된 양산기술 현황에 대해 살펴보고, 여러가지 스펙 중에서 Na 제어기술, 버퍼층 기술, 투명전극 측면에서 소자성능의 최적화를 논하고자 한다. Na의 경우, 널리 알려진 바와 같이 CIGS 내 0.1at% 정도의 함유량이 필요하다. 동시증발법과는 다른 공정온도와 이력이 사용되는 스퍼터/셀렌화의 경우, Na 함량의 제어를 위해 어떠한 노력이 필요한지 Na의 역할 측면에서 논하고자 한다. CBD 공정으로 제조되고 있는 CdS는 얇은 두께와 단순한 공정으로 인해 다소 소홀하기 쉬우나, CdS/CIGS 접합이 소자의 성능에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 CIGS 표면 물성 제어 측면에서 CdS 제조공정을 살펴보고자 한다. 마지막으로 투명전극은 CIGS 제조공정과는 무관하게 공통으로 검토가 필요한 분야이나, 동시 증발법에 의한 CIGS 표면형상이 스퍼터/셀렌화에 의한 CIGS와는 크게 다르므로 후속 투명전극공정 또한 세부적인 검토가 필요하다고 판단되는 바, 투명전극이 갖춰야하는 물성을 중심으로 소자최적화를 논하고자 한다.