• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2009.11a
• /
• pp.399-399
• /
• 2009

CIS계 화합물 태양전지는 높은 광흡수계수와 열적 안정성 및 Ga 조성 조절을 통한 밴드갭 조절이 용이해 고효율 박막 태양전지로 각광 받고 있다. CIS 태양전지의 광 흡수층 제조 방법으로는 여러 가지 방법이 있지만 본 연구에서는 가장 높은 에너지 변환 효율을 달성한 Co-Evaporation 방법을 사용하기로 하였다. 미국의 NREL의 경우 Co-Evaporation 방법을 사용해 20%의 에너지 변환 효율을 달성한 바가 있다. 하지만 이러한 효율의 태양전지는 실험실에서 연구용으로 제작한 아주 작은 면적으로 태양전지 양산화에 그대로 적용하기는 힘들다. 따라서 CIGS 태양전지의 양산화 적용을 위해 대면적화가 필수적이다. 본 연구에서는 기존의 3 stage 방식을 이용해 광흡수층을 증착하여 최적화 조건을 연구하였다. 또한 기판의 면적 증가에 따라 효율과 Voc, Jsc, F.F가 얼마나 감소하는지 실험하여 보았다. 기판은 soda lime glass를 사용 하였으며 후면 전극으로 약$1{\mu}m$ 두께의 Mo를 DC Supptering 방법을 이용해 증착하였다. 다음으로 약 $2{\mu}m$이상의 광흡수층을 Co-Evaporation 방법을 이용하여 증착 하였으며 buffer층으로는 약 50nm의 CdS층을 CBD방법을 이용하여 제조 하였다. TCO층으로 약 50nm의 i-ZnO와 약 450nm의 Al-ZnO를 RF Sputtering 방법을 이용하여 증착 하였다. 마지막으로 앞면 전극으로 약 $3{\mu}m$의 Al을 Thermal Evaporation 방법으로 증착하였다. 태양전지 소자의 면적은 $0.49cm^2$, $25cm^2$, $100cm^2$로 각각 면적을 달리하며 효율을 비교 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2007.06a
• /
• pp.346-349
• /
• 2007

치밀한 $CuInSe_{2}$ (CIS) 태양전지용 광흡수층을 제조하기 위해 상용되는 출발물질을 이용하여 비진공방식인 paste coating 법으로 CIS 막을 제조하였다. 먼저 치밀한 CIS 막 제조를 위해 $Cu_{2}Se$의 액상 거동을 관찰하였다. 이러한 $Cu_{2}Se_{2}$의 액상거동을 위해 Se 분위기에서 Se 증발온도, 기판온도, 열처리시간 등을 다양하게 변화 시켰으며, Se 증발온도 $450^{\circ}C$, 기판온도 $550^{\circ}C$, 열처리시간 30분 그리고 수송가스 ($N_{2}$)를 20 sccm으로 최적조건을 형성하였다. 이러한 최적조건을 바탕으로 치밀한 CIS막을 위해 two-zone RIP (rapid temperature process) 방법으로 Se 분위기 안에서 셀렌화를 위한 열처리를 행하였다. 셀렌화를 위해 다양한 열처리시간에 따라 형성된 CIS 막은 CIS 광흡수층과 Mo 박막 사이에서 $MoSe_{2}$ 층이 형성되었지만, 균일한 CIS 막을 얻었으며 업자성장과 치밀화 거동을 관찰 하였다. 또한, CIS 막의 치밀화를 위해 Se 증발온도와 열처리시간을 고정하고 기판온도를 $600^{\circ}C$로 증가시켜 $Cu_{2}Se$의 액상거동을 관찰하였다. $600^{\circ}C$에서 형성된 CIS 막은 기판온도 $500^{\circ}C$의 시편보다 입자성장과 치밀화가 되었으나 기판으로 사용하는 soda-lime glass의 휨 현상이 발생하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2008.05a
• /
• pp.382-385
• /
• 2008

박막형 태양전지 분야는 저가이고 가볍다는 특징을 가지고 있으며, 휘어지는 기판재를 적용하여 플렉서블 태양전지를 제조할 수도 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서 플렉서블 태양전지에 적합한 금속기판재를 제조하는 연구를 수행하였다. 일반적으로 기판재와 cell을 구성하는 반도체 층의 열팽창 거동 차이에 의한 열변형이 태양전지의 공정안정성에 영향을 주는 것으로 알려져 있었으며, cell을 구성하는 반도체 층과 열팽창 거동이 유사한 금속기판재의 적용이 필요하다. 이러한 특성을 쉽게 제어할 수 있는 금속기판재를 얇게 제조하기에 적절한 방법은 전주법이다. 전주법을 적용하여 조성 및 두께가 다른Ni 계 합금의 열팽창 거동을 TMA 장비를 사용하여 측정하였으며, 태양전지 제조에 사용되는 고온공정시 안정성 확보를 위하여 열처리후에 금속기판재의 열팽창 거동을 측정하였다. 그리고 전산해석tool 을 활용하여 가상의 CIS 플렉서블 태양전지 제조공정을 설정하고 고온공정온도에서 상온으로 냉각시 발생되는 층간 열변형 연구를 수행하였다. 그리고 플렉서블 태양전지용 기판재로 Ni 계 합금표면에 절연체인 $SiO_2$ 증착 연구를 수행하여 Fe-52Ni 합금에서 안정적인 절연층을 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.400-400
• /
• 2011

조성에 따른 밴드갭 조절이 용이하고 광흡수율이 결정질, 비결정질 실리콘보다 높으며 황동광 구조를 갖는 CuIn1-xGaxSe2 계 물질은 박막형 태양전지의 광흡수층으로 널리 쓰이고 있다. 기존 동시증발법, 스퍼터링법 등 진공 공정 기반 기술이 갖는 고비용 문제와 대면적화 필요성에 대한 대안으로 비진공 박막 증착법이 활발히 연구되고 있는 가운데, 본 연구에서는 닥터블 레이드 코팅법을 이용하여 상온 및 상압 환경에서 쉽게 전구체 박막을 코팅한 후 열처리함으로써 CuInSe2 박막을 얻을 수 있었다. 고분자로 이루어진 바인더(binder) 물질과 금속 아세테이트 (metal acetate)계 전구체를 용매에 용해시킨 후 이를 도포하고, 추가적인 산화 열처리 과정 (oxidation)을 통해 최근 문제가 되고 있는 잔류탄소층 문제를 해결할 수 있었다. XRD 분석 결과, 금속 전구체들은 산화 과정 통해 금속산화물로 변환되고, 이후 셀렌화(Selenization)과정에서 산소(Oxygen)가 셀레늄(Selenium)으로 치환되는 반응이 일어나는 것으로 관찰되었다. 또한 SEM 분석을 통해 잔류 탄소층이 존재하지 않으며 결정립 크기가 최대 수백nm 정도임을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.06a
• /
• pp.71.2-71.2
• /
• 2010

CIS(CuInSe2)계 화합물 태양전지는 높은 광흡수계수와 열적 안정성으로 고효율의 태양전지 제조가 가능하여 화합물 태양전지용 광흡수층으로서 매우 이상적이다. 또한 In 일부를 Ga으로 치환하여 밴드갭을 조절할 수 있는 장점이 있다. 미국 NREL에서는 Co-evaporation 방법을 이용해 20%의 에너지 변환 효율을 달성하였다고 보고된바가 있다. 본 연구에서는 미국의 NREL과 같은 3 stage 방식을 이용하여 광흡수층을 제조하고자 한다. 본 실험에서는 Se 증기압을 각각 $200^{\circ}C$, $230^{\circ}C$, $240^{\circ}C$, $245^{\circ}C$로 달리 하며 실험을 실시하였다. 이때 1st stage의 시간은 15분으로 고정하였으며 기판온도는 약 $250^{\circ}C$로 고정 하였다. 2nd stage는 실시간 온도 감지 장치를 이용하여 Cu와 In+Ga의 조성비가 1:1이 되는 시간을 기준으로 Cu의 조성을 30%더 높게 조절하였으며 기판 온도는 약 $520^{\circ}C$로 고정 후 실험을 실시하였다. 3rd stage의 경우 Cu poor 조성으로 조절하기 위해 모든 조건을 10분으로 고정 후 실험을 실시하였다. 각각의 Se 증기압에 따른 물리적, 전기적 특성을 알아보기 위해 FE-SEM, EDS, XRD 분석을 실시하였다. 본 연구에서 기판은 Na이 첨가되어있는 soda-lime glass를 사용 하였으며 후면 전극으로 약60nm 두께의 Mo를 DC Sputtering 방법을 이용해 증착 하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.06a
• /
• pp.61.1-61.1
• /
• 2010

$CuIn_{1-x}-GaxSe_2$ based materials with direct bandgap and high absorption coefficient are promising materials for high efficiency hetero-junction solar cells. CIGS champion cell efficiency(19.9%, AM1.5G) is very close to polycrystalline silicon(20.3%, AM1.5G). A reduction in the price of CIGS module is required for competing with well matured silicon technology. Price reduction can be achieved by decreasing the manufacturing cost and by increasing module efficiency. Manufacturing cost is mostly dominated by capital cost. Device properties of CIGS are strongly dependent on doping, defect chemistry and structure which in turn are dependent on growth conditions. The complex chemistry of CIGS is not fully understood to optimize and scale processes. Control of the absorber grain size, structural quality, texture, composition profile in the growth direction is important to achieving reliable device performance. In the present work, CIS nanoparticles were prepared by a simple wet chemical synthesis method and their structural and optical properties were investigated. XRD patterns of as-grown nanopowders indicate CIS(Cubic), $CuSe_2$(orthorhombic) and excess selenium. Further, as-grown and annealed nanopowders were characterized by HRTEM and ICP-OES. Grain growth of the nanopowders was followed as a function of temperature using HT-XRD with overpressure of selenium. It was found that significant grain growth occurred between $300-400^{\circ}C$ accompanied by formation of ${\beta}-Cu_{2-x}Se$ at high temperature($500^{\circ}C$) consistent with Cu-Se phase diagram. The result suggests that grain growth follows VLS mechanism which would be very useful for low temperature, high quality and economic processing of CIGS based solar cells.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2009.06a
• /
• pp.96-98
• /
• 2009

This report summarizes our recent efforts to produce large-grained CIGS materials from porous nanoparticle thin films. In our approach, a $Cu_xSe$ nanoparticle colloid were first prepared by reacting a mixture of CuI in pyridine with $Na_2Se$ in methanol at reduced temperature. purified colloid was sprayed onto heated molybdenum-coated sodalime glass substrates to form thin film. After thermal processing of the thin film under a selenium ambient. $Cu_xSe$ colloid and thin film were characterized by scanning electron microscopy, x-ray diffraction. The optical(direct) band gap energy of $Cu_xSe$ thin films is 1.5 eV.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2010.06a
• /
• pp.225-225
• /
• 2010

박막 방식의 CIGS 태양전지는 공정이 복잡하고 대면적화가 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이를 개선하기 위하여 후막 방식을 이용한 CIGS 태양전지에 대한 연구의 필요성이 대두되어지고 있다. 스크린 프린팅과 같은 후막공정은 나노 CIGS powder가 필요하다. CIGS 합성 방법 중에 solvothermal 방식이 다른 방식에 비해 균일한 크기의 구형의 나노입자를 대량생산이 쉽기 때문에 많이 연구되어지고 있다. 선행 연구 결과들은 CIS, CIGS 및 CGS는 solvothermal 법으로 합성 시 3개의 상이 모두 합성되며, 합성조건에 따라 상의 조성의 조절이 되지 않는다. 따라서 현재까지 solvothermal 법으로는 단일상의 CIGS 상의 합성이 보고되지 않고 있다. 본 연구에서는, solvothermal 방식을 이용하여 후막공정을 위한 CIGS powder를 합성하였다. 원료, 용매 및 합성 온도 등의 변화에 따른 상의 변화를 측정하였고, 원료의 농도에 따른 powder의 크기 및 형상을 제어 하였다. 또한 CIGS powder를 이용하여 페이스트을 제조한 후, 이 페이스트를 가지고 태양전지를 위한 치밀한 후막을 제조할 수 있었다.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.20 no.1
• /
• pp.12-18
• /
• 2010

$CuInSe_2$ (CIS) thin films were electrodeposited on Mo-coated glass substrates in acidic solutions containing $Cu^{2+}$, $In^{3+}$, and $Se^{4+}$ ions, depending on deposition parameters such as deposition potential (-0.4 to -0.8 V[SCE]) and pH (1.7 to 1.9). The influences of PH and deposition potential on the atomic composition of Cu, In, and Se in the deposited films were observed. The best chemical composition, approaching 1:1:2 atomic ratio for the elements, was achieved at -0.5 V (SCE) and pH 1.8. The as-deposited films showed low crystallinity and were annealed at 300 to $500^{\circ}C$ for 30 min to improve crystallization. The surface morphologies, microstructures, and crystallographic structures of the annealed films as well as the as-deposited films were analyzed with AFM, SEM, and XRD. The defects of spherical particles appeared on the surfaces of CIS thin films in the as-deposited state and decreased in size and number with increasing annealing temperatures. Additionally, the crystallization to chalcopyrite structure and surface roughness (Ra) of the as-deposited thin films were improved with the annealing process.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.18 no.6
• /
• pp.294-297
• /
• 2008

In this paper, a novel non-vacuum technique is described for the fabrication of a $CuInSe_2$ (CIS) absorber layer for thin film solar cells using a low-cost precursor solution. A solution containing Cu- and Inrelated chemicals was coated onto a Mo/glass substrate using the Doctor blade method and the precursor layer was then selenized in an evaporation chamber. The precursor layer was found to be composed of CuCl crystals and amorphous In compound, which were completely converted to chalcopyrite CIS phase by the selenization process. Morphological, crystallographic and compositional analyses were performed at each step of the fabrication process by SEM, XRD and EDS, respectively.