• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.27.1-27.1
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• 2009

Chalcopyrite구조의CIS 화합물은 직접천이형 반도체로서 높은 광흡수 계수 ($1\times10^5\;cm^{-1}$)와 밴드갭 조절의 용이성 및 열적 안정성 등으로 인해 고효율 박막 태양전지용 광흡수층 재료로 많은 관심을 끌고 있다. CIS 계 물질에 속하는 $Cu(InGa)Se_2$ (CIGS) 태양전지의 경우 박막 태양전지 중 세계 최고 효율인 20%를 달성한 바 있으며, 이는 기존 다결정 웨이퍼형 실리콘 태양전지의 효율에 근접하는 수치이다. 그러나 이러한 우수한 효율에도 불구하고 박막 증착시 동시증발장치 혹은 스퍼터링장치와 같은 고가 진공장비를 사용하게 되면 공정단가가 높을 뿐만 아니라 사용되는 재료의 20-50%의 손실을 감수해야만 한다. 또한 대면적 Cell제작에 어려움이 있기 때문에 기술개발 이후의 상용화 단계를 고려할 때 광흡수층 박막 제조 공정단가를 획기적으로 낮출 수 있고 대면적화가 용이한 신 공정 개발이 필수적이다. 이러한 관점에서 비진공 코팅방법에 의한 CIS 광흡수층 제조 기술은 CIS 태양전지의 저가화 및 대면적화를 가능케 하는 차세대 기술로 인식되고 있고 최근 급속한 발전을 이루고 있는 미세 입자 합성, 제어 및 응용 기술에 부합하여 많은 세계 연구기관 및 기업체에서 활발히 연구를 진행하고 있다. 비진공 방식에 의한 CIS 광흡수층 제조 기술은 전구체 물질의 형태에 따라 크게 입자형 전구체를 사용하는 방법과 용액 전구체를 사용하는 방법으로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 용액 전구체를 paste 공정으로 실험하였다. 이는 용액전구체 물질 제조가 입자형 전구체 제조에 비해 매우 간단하고, 전구체 물질 내 구성원소의 원자비를 쉽게 조절할 수 있다는 장점 및 사용효율이 높아 소량의 source로도 박막 제작이 가능해 공정 단가 절감에 큰 효과가 기대되기 때문이다. 실험에 사용 된 용액전구체는 $Cu(NO_3)$ 및 $InCl_3$, $Ga(NO_3)$를 Cu, In, Ga 출발 물질로 선정하여 이를 메탄올에 완전히 용해시켜 binder인 셀룰로오즈와 메탄올을 섞은 용액과 혼합하여 전구체 슬러리를 형성하였다. 이 슬러리를 paste공정으로 precursor막을 입히고 저온 건조 후 Se 분위기에서 열처리하여 CIGS박막을 얻을 수 있었다. 박막의 특성을 XRD, SEM, AES, TGA등으로 분석하였다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.30 no.4
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• pp.504-508
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• 2019

The feasibility of replacing the tope cell of pn GaInP homojunction with our GaInP/AlGaInP heterojunction structure in III-V semiconductor multijunction photovoltaic (MJPV) cells having the highest current conversion efficiency was investigated. The performance of photovoltaic (PV) cells grown on $2^{\circ}$ and $10^{\circ}$ off-oriented GaAs substrates were compared to each other. The PV cells on the $10^{\circ}$ off-cut substrate showed higher short-circuit current density ($J_{sc}$) and conversion efficiency values than that of using the $2^{\circ}$ one. For $2{\times}2mm^2$ area PV cell on $10^{\circ}$ off substrate, the $J_{sc}$ of $9.21mA/cm^2$ and the open-circuit voltage of 1.38 V were measured under 1 sun illumination. For $5{\times}5mm^2$ cell on $10^{\circ}$ off substrate, the conversion efficiency was decreased from 6.03% (1 sun) to 5.28% (20 sun) due to a decrease in fiill factor (FF).

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.11a
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• pp.37.1-37.1
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• 2009

몰리브덴 금속박막(Metal Mo)은 우수한 전기전도도로 인해 $CuInSe_2$로 대표되는 I-III-$VI_2$족 화합물 반도체 박막태양전지에서 후면전극으로 널리 이용되고 있는 재료로서 일반적인 증착방법으로CVD, PVD, Thermal evaporation, Sol-gel 등이 있으며, 이중에서 Sputtering에 의한 증착법이 주로 사용되고 있다. 이에 본 연구에서는 $MoO_3$분말의 수소 환원 과정 중에 발생하는 기상인 $MoO_3(OH)_2$ 기상의 화학증기수송(CVT)를 이용하여 $MoO_x$ 박막을 증착하고 다시 수소분위기에서 수소 환원하는 증착법을 통해 균일하고 부착성이우수한 Mo 박막을 제조 하였다. $550^{\circ}C$, 60min의 유지시간에서 약 900nm의 균일한 $MoO_x$ 박막을 증착하였으며, $650^{\circ}C$, 15min 의 환원조건에서 모두 금속 몰리브덴 박막으로 상변화 함을 XRD와 SEM을 통해 확인하였다. 본 연구에서 사용된 화학증기수송에 의한 박막 증착은 기존의 공정에 비해 매우 저렴하며, 반응중에 유해하지 않은 부산물로 인해 환경 친화적이며 또한 대형화가 가능한 공정으로 많은 응용이 기대된다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.26 no.4
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• pp.75-82
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• 2019

Flexible solar cells have attracted enormous attention in recent years due to their wide applications such as portable batteries, wearable devices, robotics, drones, and airplanes. In particular, the demands of the flexible silicon and compound semiconductor solar cells with high efficiency and high reliability keep increasing. In this study, we fabricated a flexible InGaP/GaAs double-junction solar module. Then, the effects of the wind speed and ambient temperature on the operating temperature of the solar cell were analyzed with the numerical simulation. The temperature distributions of the solar modules were analyzed for three different wind speeds of 0 m/s, 2.5 m/s, and 5 m/s, and two different ambient temperature conditions of 25℃ and 33℃. The flexibility of the flexible solar module was also evaluated with the bending tests and numerical bending simulation. When the wind speed was 0 m/s at 25 ℃, the maximum temperature of the solar cell was reached to be 149.7℃. When the wind speed was increased to 2.5 m/s, the temperature of the solar cell was reduced to 66.2℃. In case of the wind speed of 5 m/s, the temperature of the solar cell dropped sharply to 48.3℃. Ambient temperature also influenced the operating temperature of the solar cell. When the ambient temperature increased to 33℃ at 2.5 m/s, the temperature of the solar cell slightly increased to 74.2℃ indicating that the most important parameter affecting the temperature of the solar cell was heat dissipation due to wind speed. Since the maximum temperatures of the solar cell are lower than the glass transition temperatures of the materials used, the chances of thermal deformation and degradation of the module will be very low. The flexible solar module can be bent to a bending radius of 7 mm showing relatively good bending capability. Neutral plane analysis was also indicated that the flexibility of the solar module can be further improved by locating the solar cell in the neutral plane.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.410-410
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• 2011

Chalcopyrite계 화합물 $CuInGaSe_2$($CIGSe_2$)는 높은 광흡수율과 전기적 특성 및 안정성, 그리고 1.02~1.67 eV 범위의 최적의 에너지 밴드갭을 가져 박막태양전지용 광흡수층 재료로 많은 관심을 받고 있다. 일반적으로 $CIGSe_2$ 박막태양전지의 광흡수층을 형성하는 공정은 고효율 태양전지 제작이 가능한 진공공정을 이용한다. $CIGSe_2$ 광흡수층을 형성하는데 있어 진공 공정을 용액기반 공정으로 대처한다면 저비용으로 보다 간단하면서 효율적인 태양전지의 제조가 가능 할 것으로 기대된다. 본 연구에서는 $CIGSe_2$ 광흡수층을 2 단계에 걸쳐 제작하였다. 먼저 Cu, In, Ga 성분을 포함하는 용액을 이용하여 CIG 전구체막을 형성한 후, 다음 단계로 selenization 공정을 진행함으로써 $CIGSe_2$ 박막을 제작하였다. $CIGSe_2$의 결정 성장을 위하여 selenization 공정의 열처리 온도와 시간을 조절하여 CIG 전구체막과 Se 원소의 결합반응을 최적화할 수 있는 공정 조건을 확보하였으며 이를 통해 우수한 결정 및 전기적 특성을 갖는 $CIGSe_2$박막을 제조하였다. 제작된 $CIGSe_2$ 박막의 광전변환 효율을 측정하여 단위셀로서의 구현이 가능함을 확인하였으며 XRD, SEM, EDS, UV-visible을 통하여 $CIGSe_2$박막의 특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.368-368
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• 2011

I-III-VI족 화합물반도체인 CuInSe2(CIS)는 1.02 eV 직접천이형 bandgap을 가지고 있으며 높은 광흡수 계수($1{\times}10^5\;cm^{-1}$)를 가지고 있어 박막형태양전지의 광흡수층으로 많이 사용되고 있다. 특히 저비용, 대면적화, 고효율의 태양전지 구현을 위해 CIS 나노입자를 합성하고 용매에 분산시켜 Ink화하는 연구가 진행되고 있다. 하지만 기존의 CIS 나노입자합성에 사용되는 수열합성법은 독성이 강하고 고비용의 용매를 사용하는 단점을 갖고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하고자 수용액기반의 수열합성법과 열처리과정을 통하여 CIS 나노입자를 합성하였다. 합성된 나노입자를 XRD, EDAX, SEM, TEM 분석을 통하여 CIS가 합성된 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.05a
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• pp.45-46
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• 2015

Se 원소가 포함된 $CuIn_xGa_{1-x}Se_2$(CIGS) 단일 스퍼터링 타겟을 이용하여 후처리 공정없이 단일 스퍼터링 공정만으로 CIGS 흡수층 박막을 증착하여 소자 특성을 확인하였다. 단일 CIGS 흡수층 공정이 적용된 CIGS 박막태양전지 소자(유리기판/Mo/단일 CIGS 흡수층 박막/CdS/i-ZnO/Al-doped ZnO/Ni-Al grid)에서 10.0%의 태양광 변환 효을을 달성하였으며, 이는 기존의 복잡한 공정구조를 해결하여 대면적 양산화 CIGS 제조 공정에도 적용할 수 있음을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2001.05a
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• pp.1-5
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• 2001

• Journal of Energy Engineering
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• v.22 no.4
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• pp.333-337
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• 2013

본 논문에서는 태양전지의 Ribbon 두께(A-type:0.2mm, B-type:0.25mm)에 따라 3가지 온도조건 ($-40{\sim}65^{\circ}C$, $-40{\sim}85^{\circ}C$, $-40{\sim}105^{\circ}C$)으로 열충격 시험을 수행하였다. 그 결과, A, B type 별 초기 평균효율은 15.2%로 같았다. 하지만, 열충격 시험(600 Cycle) 후 Condition 1에서 A-type 7.5%, B-type 7.7%, Condition 2에서는 8.6%, 13.2%를 나타내었다. Condition 3에서는 각각 11.6%, 19.9%의 감소율을 나타내었다. 열충격 시험 후 A-type보다 Ribbon두께가 두꺼운 B-type의 효율이 크게 감소하였다. 이는 A, B type 모두 이종재료 접합부의 금속간화합물(IMC)층이 형성되어 전기적 저항이 증대된 것으로 판단된다. 또한, B-type의 I-V 특성 곡선 및 EL을 분석한 결과, p-n층이 파괴되고, 병렬저항이 감소하여, 장기적 신뢰성에서 A-type 보다 더 취약한 것으로 나타났다. 향후 태양전지 Ribbon 형상에 따른 장기 신뢰성 특성에 대해 수치해석 및 시뮬레이션 분석이 수반되어야 할 것이다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.53.2-53.2
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• 2009

몰리브덴(Mo)은 우수한 전기전도도와 고온 안정성으로 인해 전자부품의 전극으로 널리 사용되고, 미래 에너지인 태양전지 분야에서 CIS계 화합물박막태양전지의 후면전극으로 이용되고 있는 재료로서 현재 증착 방법으로는 D.C. sputtering이 가장 널리 이용되고 있다. 또한 $MoO_3$ 분말이 Mo 분말로 수소 환원되는 과정은 $MoO_3+H_2{\rightarrow}MoO_2+H_2O$ 와 $MoO_2+2H_2{\rightarrow}Mo+2H_2O$의 2단계를 통해서 수행되며 이중 첫 번째 단계에서 $MoO_3(OH)_2$라는 기상을 통해 지배적으로 일어난다고 알려져 있고 이를 화학증기수송(Chemical vapor transport : CVT)이라고 한다. 본 연구에서는 $MoO_3$분말의 수소 환원 과정 중에 발생하는 기상인 $MoO_3(OH)_2$을 이용하여 몰리브덴 옥사이드 박막을 증착하고 이를 다시 수소분위기에서 수소 환원하는 증착 방법을 통해 균일하고 부착성이 우수한 Mo 박막을 제조하고자 하였다. 기판으로 사용된 Glass를 $MoO_3$ 분말 위에 홀더를 이용하여 $MoO_2$ 박막을 증착하고 이를 다시 수소분위기에서의 수소 환원을 통해 Mo 박막을 성공적으로 제조하였다. 제조된 Mo박막의 결정구조 및 미세조직을 XRD 와 SEM을 통해 분석하였다.