• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.24-24
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• 2010

Chalcopyrite $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) 화합물 반도체는 고효율 박막태양전지의 광 흡수층으로 사용되는 물질 중 가장 우수한 효율 (19.9%, NREL 2008)을 보유하고 있다. CIGS는 직접천이형 에너지밴드갭 (direct bandgap)을 가지고 있고, 광흡수계수가 $1{\times}10^5\;cm^{-1}$로서 반도체 중 서 가장 흡수율이 높은 재료에 속하여 두께 $1{\sim}2\;{\mu}m$의 박막으로도 고효율의 태양전지 제조가 가능하고, 또한 장기적으로 전기광학적 안정성이 매우 우수한 특성을 지니고 있다. 현재 고효율 CIGS 셀생성을 위해 널리 사용되고 있는 CIGS 흡수층 성장공정은 "co-evaporation(동시증발법)"과 2-step 공정이라 불리는 "sputter-selenization(스퍼터-셀렌화)" 방법이다. 동시증발법은 개별원소 Cu, In, Ga, Se 들을 고진공 분위기에서 고온 ($550{\sim}600^{\circ}C$)기판위에 증착하는 방법으로 소면적에서 가장 좋은 효율(~20%)을 보이는 공정이다. 하지만, 고온, 고진공 공정조건과 대면적 증착시 온도 및 조성 불균일 등의 문제점 등으로 상용화에 어려움이 있다. 스퍼터-셀렌화 공정은 1단계에서 스퍼터링 방식으로 CuGaIn 전구체를 증착하고, 2단계에서 고온($550{\sim}600^{\circ}C$)하에 $H_2Se$ 혹은 Se vapor와 반응시켜 CIGS를 생성한다. 일본의 Showa Shell와 Honda Soltec 등에 의해 이미 상업화 되었듯이, 저비용 대면적으로 상업화 가능성이 높은 공정으로 평가되고 있다. 하지만, 2단계에서 사용되는 $H_2Se$ 및 Se vapor의 유독성, 기상 Se과 금속전구체 간의 느린 셀렌화 반응속도, 셀렌화반응 후 생성된 CIGS 박막 두께방향으로의 Ga 불균일분포, 생성된 CIGS/Mo 계면 접착력 저하등의 문제점들이 해결되어야만 상업화에 성공할 수 있을 것이다. 본 Tutorial에서는 CIGS 물질의 열역학 상평형과 반응메카니즘에 대해 설명하고, 다양한 생성 공정들을 소개할 것이다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.39 no.9
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• pp.876-880
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• 2015

In 2016, the IMO's new rules for an 80% reduction in NOx emissions in newly built ships will necessitate the use of LNG as a clean fuel. So far, the developed European countries have led the development of LNG bunkering ships and related facilities. An LNG bunkering system stores LNG in a horizontal or vertical IMO "C"-Type tank insulated with perlite powder, and a vacuum in the annular space between the double walls, like the cryogenic liquid nitrogen tank. Current storage tanks have high heat leakage, evaporating over 2.0% daily, and are difficult to build with the required vacuum. A more efficiently insulated storage tank could reduce the evaporation rate. This research carried out thermal analysis on a new effective insulation method that separates high vacuum in the annular space between two tanks with a solid insulation material, such as urethane foam, lining the outer vessel. This highly efficient insulation system obtained an evaporation rate of 0.03% per day under a $10^{-3}torr$ vacuum, and an evaporation rate of 0.11% at $10^{-45}torr$. Even if the space loses its vacuum, the new insulation system showed a lower evaporation rate of 4.12% than the present perlite system of 4.9%. This newly developed tank can increase the efficiency of LNG storage tank and may help keep LNG bunkering systems safe.

• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 1995.04a
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• pp.60-61
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• 1995

유업에 있어서 분리막의 이용은 에너지 절약면에서 많은 관심을 끌고 있다. 현재, 분리 농축에 있어서는 증발 또는 진공 농축법이 주로 이용되고 있다. 그러나 이들은 대량의 에너지를 사용하고 있기 때문에 에너지 손실이 크며, 특히 열변성이 일어나는 문제점이 있다. 이러한 문제의 해결책으로서 관심을 끌게 된것이 막분리 공정을 응용한 농축공정이다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.2 no.1
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• pp.78-84
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• 1993

Hot-Wall Epitaxy(HWE) 방법으로 ZnSe/ZnSe(bulk) 박막을 성장하였다. 이 때 사용되어진 ZnSe 기판은 승화법으로 증발부분의 온도를 $1160^{\circ}C$ 성장부분의 온도를 $1130^{\circ}C$로 하여 약 2주 동안 직경 20mm, 높이 18mm인 원추형의 ZnSe 단결정을 얻었다. 양질의 ZnSe 박막을 얻기 위한 조건은 증발부분의 온도는 $610^{\circ}C$, 기판의 온도는 49$0^{\circ}C$이었다. ZnSe(bulk) 기판위에 성장한 ZnSe 박막의 광발광에서는 강한 D-A pair emission과 Cu 불순물에 의한 녹색과 적색 발광이 관측되었고 SA 발광은 관측되지 않았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.112-112
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• 2011

유기박막 트랜지스터(Organic Thin Film Transistor: OTFT)는 낮은 공정비용과 기존의 고체 실리콘 트랜지스터로서 실혐 할 수 없는 플렉시블 디스플레이, 스마트카드, 태양전지 등의 매우 넓은 활용범위로 각광받고 있는 연구 분야 중 하나이다. 본 연구에서는 열 증발 증착장비(Thermal Evaporator)를 이용하여 펜타센을 활성층으로 사용한 유기박막 트랜지스터를 제작하였다. Heavily doped된 N형 실리콘 기판을 메탄올, 에탄올, 불산 처리를 하여 세척을 한 후 PECVD를 이용하여 SiO2를 200 nm 증착하였다. 그 후 열 증발 증착 장비를 사용하여 펜타센을 활성층으로 사용하였고, 분말 형태의 펜타센의 질량을 15~60 mg으로 조절하여 활성층의 두께를 조절하였다. 펜타센 증착 후 100도에서 열처리를 하고, 그 후 Shadow Mask를 이용하여 전극을 150nm 증착하였다. 이때 전극은 Au, Al, Ni 세가지 종류를 사용하였다. 펜타센의 질량을 조절하여 증착한 활성층의 두께는 60 mg일 때 약 60 nm, 45 mg일 때 약 45 nm로 1:1의 비율로 올라가는 것을 확인 할 수 있었고, 펜타센의 두께가 30 nm일 때 특성이 가장 잘 나오는 것을 볼 수 있었다. 펜타센의 두께가 두꺼울수록 게이트에서 인가되는 전압의 필드가 제대로 걸리지 않아 특성이 나쁘게 나온 것으로 보인다. 또한 활성층을 30 nm로 고정하고 전극의 종류를 바꿔가며 전기적 특성(캐리어 이동도, 문턱전압, 전달특성 등)을 측정 했을 때 전극으로 Al보다는 Au와 Ni를 사용했을 때 전기적 특성이 더 우수하게 나오는 것을 볼 수 있었다. 메탈과 펜타센과의 일함수 차이에 따른 결과로 보여진다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.668-668
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• 2013

CIGS 박막태양전지는 다른 박막태양전지에 비해 높은 에너지 변환효율을 보이고 있으며, 광범위한 기술 응용분야를 가지고 있다. CIGS를 광흡수층으로 하는 태양전지의 구조는 5개의 단위박막(배면전극, 광흡수층, 버퍼층, 앞면 투명전극, 반사방지막)을 순차적으로 형성시켜 만든다. 단위박막별로 다양한 종류의 재료와 조성, 또한 제조방법에서는 갖가지 물리적, 화학적 박막 제조방법이 사용된다. 현재 광흡수층인 CIGS층의 경우 동시증발법과 스퍼터링법이 높은 효율을 보이고 있다. 본 연구에서는 CIGS층을 3-stage process를 적용한 동시증발법을 사용하였고, Fluxmeter와 기판후면 온도 모니터링을 이용하여 제조하였으며, 버퍼층은 moving 스퍼터링 법으로 ZnS를 증착하였고, 투명전극층은 PLD (Pulsed Laser Deposition)를 이용하여 제조하였다. 가장 높은 광변환효율을 보인 Al/ZnO/CdS/Mo/SLG박막시료는 유효면적 0.45 $cm^2$에 광변환효율 15.71%, Jsc: 33.64 mA/$cm^2$, Voc: 0.64 V, FF: 73.18%를 얻을 수 있었으며, CdS를 ZnS로 대체한 Al/ZnO/ZnS/Mo/SLG 박막시료는 유효면적 0.45 $cm^2$에 광변환효율 12.13%, Jsc: 33.22 mA/$cm^2$, Voc: 0.60 V, FF: 62.85%를 얻을 수 있었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.12 no.4
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• pp.228-234
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• 2003

The velocity of gadolinium(Gd) atomic vapor vaporized by an electron beam was measured by a microbalance. The velocity of about 900 ㎧ was obtained at an evaporation surface temperature of 2400-2500 K. The measured value was approximately 100 ㎧ faster than the maximum velocity of an ideal monatomic gas in an adiabatic expansion. This phenomenon can be explained that the internal energy of Gd atoms populated in higher excited levels at the high temperature should be convened to kinetic energy during adiabatic expansion. The calculated velocity agrees with the measured one when 100 excited energy levels are included in an enthalpy term for the velocity calculation. The characteristics of vapor flow as a function of heated surface temperature are also reported.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.41.1-41.1
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• 2010

전기수력학적 분무를 이용한 액적 미립화 기술은 나노사이즈의 액적 형성, 쿨롱 반발력에 의한 균일한 액적 형성, 그리고 향상된 액적 타겟팅을 가능하게 한다. 따라서 이를 이용하여 매우 균일한 박막 코팅이 가능하다. 이러한 점에 힘입어 현재 진공 공정으로 제작되고 있는 CIGS태양전지의 광흡수층을 비진공 공정중 하나인 전기수력학적 미립화를 이용하여 실험하였다. Ethanol-based 의 CIGS나노 입자를 포함하는 콜로이드 상태의 전구체를 이용하여 적절히 가열된 몰리브덴 배면 전극위에 적용하였다. 미립화한 액적은 접지된 몰리브덴 층에 부착되는 즉시 증발하여 CIGS입자를 남긴다. 여기서 가장 중요하게 다루어야 할 조건은 기판의 온도, 인가 전압, 전구체의 유량이다. 분사 모드는 Cone-jet을 적용하였으며 5~15kV의 인가 전압에서 1ml/hr내외의 유량을 공급하여 3분 이내에 적절한 광흡수층 두께인 1마이크론 내외에 도달할 수 있다. 이와같은 조건으로 형성된 박막층에 관한 SEM image를 통해 다른 비진공 코팅 방식과 비교하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2008.11a
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• pp.59-60
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• 2008

산화실리콘 박막은 생체적합성, 폴리머 필름의 gas barrier, 저유전율, 환경차단 보호막 등 다양한 특성을 갖고 있어 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구는 저진공 화학기상증착법 (LPCVD)를 이용하여 산화실리콘 박막을 제작하였다. 실리콘 박막을 위한 전구체는 환경 친화적이며 상온에서 비교적 높은 증발점을 갖는 hexamethyldisiloxane (HMDSO)을 이용하였으며, 이때 기판은 실리콘을 이용하였다. LPCVD의 공정변수는 전구체 공급량(진공도)과 RF power를 중심으로하여 Taguchi 실험계획법에 따라 박막을 제작하였다. 또한, 실험계획법에 의해 최적 전구체 공급량과 RF power를 결정하고 산소분압의 변화에 따른 산화실리콘 박막을 제작하였다. 산화실리콘 박막은 표면특성 및 화학적 결합상태를 수접촉각, SEM, AFM, FTIR 등을 이용하여 관찰하고 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.21-21
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• 2010

CIGS 박막 태양전지는 저가 기판의 사용, 원소재 소비가 적은 박막 증착, 연속공정 적용 등으로 인해 결정질 실리콘 태양전지에 비해 제조단가가 낮다. 변환효율의 경우 실험실 수준에서 최고 20%의 효율이 보고되고 있어 다결정 실리콘 태양전지와 견줄 만하다. 따라서 CIGS 박막 태양전지는 제조단가와 효율 면에서 매우 우수한 경쟁력을 가진 태양전지로 인식되고 있다. 일반적으로 CIGS 박막 태양전지는 Substrate/Mo전극/CIGS 광흡수층/CdS 버퍼층/ZnO 투명전극의 기본 구조를 가지고 있으며 다양한 공정과 디자인을 적용하여 제품이 생산되고 있다. 다양한 소재와 공정들 가운데에서 유리 소재를 기판으로 사용하면서 진공증발이나 스퍼터링과 같은 Physical Vapour Deposition(PVD)을 적용하여 CIGS 광흡수층을 제조하는 기술이 가장 보편적으로 적용되고 있다. 즉 상용화에 가장 근접해 있는 기술이라고 할 수 있으며 현재는 대량생산체제 구축을 위한 기술 개발이 진행되고 있다. 또한 종래의 기판소재와 광흡수층 제조 공정의 단점을 극복하기 위한 기술들도 개발되고 있다. 특히 유리 기판 소재를 금속이나 폴리머 소재를 대체하는 기술, PVD 공정이 아닌 비진공 공정을 적용하여 CIGS 광흡수층을 제조하는 기술 등은 응용성과 제조 단가 측면에서의 파급력이 크다고 할 수 있다. 본 발표에서는 저가 고효율 CIGS 박막 태양전지 개발을 위한 이슈들을 정리하고, 이를 해결하기 위한 국내외의 연구 개발 동향을 살펴보고자 한다. 또한 이를 바탕으로 하여 CIGS 박막 태양전지의 발전방향에 대해서 전망하고자 한다.