인쇄 및 소결법으로 제조한 Te-rich CdTe 소스를 근접 승화시켜 CdTe막을 Cd 기판 위에 증착하였다. 기판온도, 태양전지의 유효면적, 그리고 CdTD막과 ITO막의 두께를 변화시켜 CdTe 박막제조한 후 CdS/CdTe 태양전지의 광전압 특성을 연구하였다. 최적기판온도와 CdTe 두께는 각각 $600^{\circ}C$와 5-6${\mu}m$이다. 근접승화 동안 기판온도를 변화시키는 경우는 Cds와 접합부에 CdTe의 입자크기를 증가시키기 위하여 CdTe 증착초기에 기판온도를 62$0^{\circ}C$로 유지한 후, 이로 인해 발생될수 있는 핀홀을 줄이기 위하여 $540^{\circ}C$로 낮게 기판의 온도를 떨어뜨린후 기존의 막질을 유지하기 위하여 추가적으로 $620^{\circ}C$에서 어닐링 시키는 "two-wave"온도 곡선을 사용하였을 때 단락전류밀도가 증가하였다. CdTe 막의 두께가 $6\mu\textrm{m}$보다 커지면 CdTe 의 벌크 저항이 커져 태양전지의 피라미터를 감소시켰다. 이때 CdTe 막의 비저항은 3$\times$$10^{4}$$\Omega$cm이었다. 태양전지의 유효면적이 증가함에 따라, 개방 전압은 일정하나 ITO면저항의 증가에 의해 단락 전류밀도와 충실도가 감소하였다. 본 연구에 ITO의 최적 두께는 300-450nm 이었다. 유효면적 0.5$\textrm{cm}^2$에서 9.4%의 효율을 얻을수 있었으며 충실도와 효율 증가를 위해서는 직결저항의 감소가 필수적임을 알았다.
Shin, Hokyeong;Park, Taehee;Lee, Jongtaek;Lee, Junyoung;Yang, Jonghee;Han, Jin Wook;Yi, Whikun
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제35권10호
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pp.2895-2900
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2014
We fabricated quantum dot-sensitized solar cells (QDSSCs) using cadmium sulfide (CdS) and cadmium telluride (CdTe) quantum dots (QDs) as sensitizers. A spin coated $TiO_2$ nanoparticle (NP) film on tin-doped indium oxide glass and sputtered Au on fluorine-doped tin oxide glass were used as photo-anode and counter electrode, respectively. CdS QDs were deposited onto the mesoporous $TiO_2$ layer by a successive ionic layer adsorption and reaction method. Pre-synthesized CdTe QDs were deposited onto a layer of CdS QDs using a direct adsorption technique. CdS/CdTe QDSSCs had high light harvesting ability compared with CdS or CdTe QDSSCs. QDSSCs incorporating single-walled carbon nanotubes (SWNTs), sprayed onto the substrate before deposition of the next layer or mixed with $TiO_2$ NPs, mostly exhibited enhanced photo cell efficiency compared with the pristine cell. In particular, a maximum rate increase of 24% was obtained with the solar cell containing a $TiO_2$ layer mixed with SWNTs.
In this work, CdTe films were deposited on CdS/ITO/glass substrate by a close spaced sublimation (CSS) method. A $Cu_2$Te layer was deposited on the CdTe film by evaporating $Cu_2$Te powder. Then the samples were annealed for p+ ohmic contact. TEM and XRD analysis showed that $CdTe/Cu_2$Te interface exhibited different forms with various annealing temperature. A good p+ ohmic contact was achieved when the annealing temperature was between $180^{\circ}C$ to $200^{\circ}C$. Best cell efficiency of 12.34% was obtained when post annealing temperature was $200^{\circ}C$ for 5 min. Thermal stress test of the CdS/CdTe cells with carbon back contact showed that the $Cu_2$Te contact was stable at $50^{\circ}C$ in $N_2$ and was slowly degraded at $100^{\circ}C$ in $N_2$. In comparison to the conventional carbon contact, the $Cu_2$Te contact showed a better thermal stability.
본 연구에서는 CdZnS와 CdTe로 구성되는 이종접합 소자를 제작하고 커패시턴스-전압 특성을 조사하였다. CdS/CdTe 접합의 경우, 역방향 바이어스가 증가함에 따라 공핍층의 폭이 커져 커패시턴스 값이 약간 감소하였으나 CdZnS/CdTe 접합에서는 CdTe 박막 내에서의 공핍층 폭이 바이어스에 크게 영향을 받지 않아 커패시턴스 값이 역방향 바이어스에 따라 거의 변화가 없었다. 바이어스 전압을 인가하지 않은 상태에서의 공핍층 폭은 높은 CdZnS 박막의 비저항 및 낮은 캐리어 농도로 인해 CdS/CdTe 접합보다 CdZnS/CdTe 접합에서 보다 큰 값을 나타내었다. CdZnS/CdTe 태양전지의 개방전압은 Zn의 비율이 커짐에 따라 CdZnS 박막과 CdTe 박막의 전자 친화력 차이의 감소로 인하여 크게 증가하였으나, Zn 비율이 0.35 이상인 경우 오히려 감소함을 알 수 있었다. 또한 CdZnS 박막의 높은 비저항이 태양전지의 직렬저항을 상승시켜 전지의 변환 효율은 오히려 감소함을 알 수 있었다.
Solar cells are renewable energy source which is not only environmentally friendly but also economically viable. For that matter, thin film materials are in observed with great in terest by a number of sources throughout the nations. Among these, CdTe (Cadium telluride) and CIS (copper indium diselenide) are the latest commercial products that are gathering attention in the solar cells markets. However there are some downsides to this newly invention. Since the materials are embedded, in the occasion of damage, certain amount of module residue can be released to water or soil. This paper outlines the results of our outdoor leaching experiments on photovoltaic (PV) samples broken into small fragments and been observed for 1 year.
반도체 나노 결정은 크기와 모양에 따라 다른 광학적 전기적 성질을 보이는 독특한 특성 때문에 태양전지, 발광 다이오드, 레이저, 바이오메디컬 레이블링 등에 응용될 수 있는 저가격의 차세대 광전기 재료의 개발을 위한 구조체로 각광받고 있다. 최근에는 하나의 나노 결정에 type-II band offset을 가지는 두 개의 물질을 결합한 이종접합 나노 결정체의 연구가 활발하게 진행되고 있는데, 이는 나노 결정 내에서 빛에 의해 생성된 전하들을 공간적으로 분리해 낼 수 있는 장점을 가지고 있기 때문에 태양전지나 광촉매로의 응용에 매우 유용하다. 우리는 나노 결정과 고분자 하이브리드 태양전지의 제작에 있어서 성분과 type-II 이종접합 반도체 나노 결정의 영향을 조사하기 위하여 CdSe, CdTe, type-II CdTe/CdSe tetrapod을 합성하였다. CdSe tetrapod과 P3HT의 블렌딩에 의해 만들어진 태양전지는 AM 1.5, 100mW/$cm^2$ 조건에서 1.03%의 가장 높은 변환 효율, 그리고 415nm에서 43%의 IPCE를 나타내었다. 그리고 CdTe/CdSe type-II tetrapod 이종접합과 P3HT 블렌딩으로 만들어진 태양전지는 CdTe를 이용하여 만든 태양전지에 비해 4.4배의 변환효율과 3.9배의 단락전류를 나타내었다.
결정성과 전하 이동도가 우수한 CdTe 박막을 증착하기 위하여 근접승화법(CSS), chemical spraying법, 전착(electrodeposition)법, screen printing법, 화학기상증착(MOCVD)법 및 sputtering법등이 응용되고 있으며 이들 방법은 각기 다양한 장단점을 가지고 있다. CdTe 태양전지를 성장시키는 다양한 방법 중에서 본 발표는 CBD를 이용한 CdS와 CSS를 이용한 CdTe 박막 태양전지를 성장하는 방법을 포함한다. 다양한 조건에서 성장된 박막의 물성과 CdCl2와 열처리를 통한 성능개선에 대해 발표할 예정이다. 또한, 공기의 index와 박막의 index 차이가 크기 때문에, escape cone의 angle이 매우 작고, 박막의 경우 표면이 비교적 평평하기 때문에, 광소자(LED와 Solar Cell)는 표편 텍스처링이 성능을 향상시키기 위해 필요하다. Natural Lithography, Wet-etching, Dry-etching, index-grading을 이용하여, LED와 태양전지에서 uniform하고 대면적에 적용가능한 표면 택스처링 방법에 대해 발표할 예정이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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