• 한국재료학회지
• /
• 제30권10호
• /
• pp.566-572
• /
• 2020

In the recent years, thin film solar cells (TFSCs) have emerged as a viable replacement for crystalline silicon solar cells and offer a variety of choices, particularly in terms of synthesis processes and substrates (rigid or flexible, metal or insulator). Among the thin-film absorber materials, SnS has great potential for the manufacturing of low-cost TFSCs due to its suitable optical and electrical properties, non-toxic nature, and earth abundancy. However, the efficiency of SnS-based solar cells is found to be in the range of 1 ~ 4 % and remains far below those of CdTe-, CIGS-, and CZTSSe-based TFSCs. Aside from the improvement in the physical properties of absorber layer, enormous efforts have been focused on the development of suitable buffer layer for SnS-based solar cells. Herein, we investigate the device performance of SnS-based TFSCs by introducing double buffer layers, in which CdS is applied as first buffer layer and ZnMgO films is employed as second buffer layer. The effect of the composition ratio (Mg/(Mg+Zn)) of RF sputtered ZnMgO films on the device performance is studied. The structural and optical properties of ZnMgO films with various Mg/(Mg+Zn) ratios are also analyzed systemically. The fabricated SnS-based TFSCs with device structure of SLG/Mo/SnS/CdS/ZnMgO/AZO/Al exhibit a highest cell efficiency of 1.84 % along with open-circuit voltage of 0.302 V, short-circuit current density of 13.55 mA cm^-2, and fill factor of 0.45 with an optimum Mg/(Mg + Zn) ratio of 0.02.

• 대한원격탐사학회지
• /
• 제31권2호
• /
• pp.85-99
• /
• 2015

저궤도 지구관측위성에 탑재되는 전자광학 카메라는 높은 SNR 및 MTF 성능 요구조건을 만족시키기 위하여, TDI 기능이 포함된 CCD 센서를 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, CMOS 센서가 가진 다양한 장점을 활용하기 위하여 CMOS 센서에도 TDI 기능이 추가되고 있으며, CMOS 센서의 취약점 중의 하나인 motion blur 문제를 개선하기 위한 다양한 방법들이 제시되고 있다. CMOS 센서에서도 CCD 센서의 multiphased clocking 방법과 유사하게, 하나의 픽셀을 다수의 서브픽셀로 나누어 각각을 별도로 읽어내거나, 픽셀 사이에 인위적인 마스크을 삽입하기도 한다. 또한, 노출시간(integration time)을 라인타임보다 짧게 하여, TDI CMOS 카메라 시스템의 motion blur를 최소화 할 수도 있다. 노출시간을 조절하는 방법을 적용함으로써, 카메라 제어 유닛의 명령을 통하여, 각각의 촬영임무의 목적에 맞도록, SNR 우선 영상 또는 MTF 우선 영상을 선택적으로 획득하는 것이 가능하다. 본 논문에서는 노출시간을 조절하여 motion blur를 최소화 하는 방법에 대해 분석한 결과를 기술하고, MATLAB 시뮬레이션을 통하여 확인된 영상품질(dynamic MTF)의 개선 정도를 정리하였다.

• 비파괴검사학회지
• /
• 제30권4호
• /
• pp.386-395
• /
• 2010

국내 원자력 증기발생기 관리프로그램 통합지침서는 와전류검사 장비 및 기법에 대한 자격인정 절차를 규정하고 있다. 이러한 자격인정 절차에는 두 가지 방법이 있다. 첫 번째는 열교환기에서 인출된 튜브 혹은 인공결함에 의한 결함 발생기구 및 기법을 사용하여 장비 혹은 탐촉자를 인정한다. 두 번째는 이미 인정된 장비 혹은 탐촉자 특성과 동등함을 입증할 경우, 즉 검사기술사양서에 기술된 필수변수 범위가 만족된다면 인정절차 없이 이미 인정된 장비 혹은 탐촉자를 대체하여 사용할 수 있다. 본 논문은 국산화 개발된 보빈탐촉자와 이미 해외에서 인정된 보빈탐촉자의 특성을 비교 수행한 결과를 수록하였다. 탐촉자의 전기적 특성평가를 위해 임피던스 및 공진주파수를 측정하였으며, 자기장 특성평가를 위해 유효주사 자기장 폭 측정, 충전율 계수 측정, 깊이계수 측정, 축방향 길이계수 측정, 횡방향 폭계수 측정, 위상각 대 깊이곡선 측정 및 직류포화세기를 측정하였다. 본 특성시험 결과 두 종류의 탐촉자 특성이 거의 동등한 것으로 평가됨에 따라 향후 현장 적용을 위한 기반을 구축한 것으로 판단된다.

• 한국진공학회지
• /
• 제22권1호
• /
• pp.37-44
• /
• 2013

본 연구에서는 양자점(quantum dot, QD)에서의 전하트랩이 태양전지의 특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여, GaAs 모체 태양전지(MSC)의 활성층에 InAs/GaAs QD을 삽입한 $p^+-QD-n/n^+$ 태양전지(QSC)를 제작하여 그 특성을 비교 조사하였다. Stranski-Krastanow (SK)와 준단층(quasi-monolayer, QML)의 2종류 QD를 도입하였으며, 표준 태양광(AM1.5)에서 얻은 전류-전압 곡선으로부터 태양전지의 특성인자(개방전압($V_{OC}$), 단락전류($I_{SC}$), 충만도(FF), 변환효율(CE))를 결정하였다. SK-QSC의 FF값은 80.0%로 MSC의 값(80.3%)과 비슷한 반면, $V_{OC}$와 $J_{SC}$는 각각 0.03 V와 $2.6mA/cm^2$만큼 감소하였다. $V_{OC}$ 및 $J_{SC}$ 감소 결과로 CE는 2.6% 저하되었는데, QD에 의한 전하트랩이 주요 원인으로 지적되었다. 전하트랩을 완화시키기 위한 구조로서 QML-QD 기반 태양전지를 본 연구에서 처음 시도하였으나, 예측과는 달리 부정적 결과를 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
• /
• pp.210-210
• /
• 2012

Ge 기판을 이용한 GaInP/GaAs/Ge 삼중접합 태양전지는 43.5%의 높은 광전효율을 기록하고 있으며, 이를 지상용 태양광 발전시스템에 이용하려는 연구가 진행 중이다[1]. 그러나, 이러한 다중접합 태양전지는 셀 제작 비용에 있어 Ge기판의 가격이 차지하는 비중이 높고 대면적 기판을 이용하기 힘든 단점이 있다. 한편, 무게, 기계적 강도와 열전도도 측면에서 Si 기판은 Ge 기판에 비해 장점이 있다. 아울러, 상대적으로 낮은 가격의 대면적 기판을 사용할 수 있기 때문에 Si 기판으로 Ge 기판을 대체할 경우 다중접합 태양전지의 높은 제작 비용을 낮추는 효과도 기대할 수 있다. Si 기판의 장점을 취하며 고효율 태양전지를 제작하기 위해, 이번 실험에서 우리는 Ge 에피층이 성장된 Si 기판 위에 GaAs 태양전지를 제작하였다. GaAs, GaInP와 비슷한 격자상수를 갖고 있는 Ge과 달리, Si은 이들 물질(GaAs, GaInP)과 4%의 격자상수 차이를 갖고 있으며 이로 인해 성장과정에서 관통전위가 발생하게 된다. 이러한 관통전위는 소자의 개방전압을 감소시키는 원인으로 작용한다. 실제로 Si 기판 위에 제작된 GaAs/Ge 이중접합 태양전지에서 관통전위 밀도에 따른 개방전압 감소를 확인할 수 있었다. 관통전위로 인한 영향 이외에, Si 기판위에 제작된 태양전지에서는Ge 기판 위에 제작된 태양전지에 비하여 낮은 fill factor가 관찰되었다. 이것은 Si 기판 위에 제작된 GaAs/Ge 이중접합 태양전지가 높은 직렬저항을 가지고 있기 때문이다. 따라서 이번 실험에서는 Si 기판 위에 제작한 GeAs/Ge 이중접합 태양전지의 직렬저항의 원인을 전산모사와 실험을 통하여 규명하였다. TCAD (APSYS-2010)를 이용한 전산모사 결과, Si 기판의 낮은 불순물 농도 ($1{\times}10^{15}/cm^3$)에 따른 직렬저항의 원인으로 파악되었으며, 전류-전압 특성을 측정하여 실험적으로 이를 확인하였다. 이러한 직렬저항 성분을 줄이기 위하여 Si 기판의 p형 불순물 농도가 전류 전압 특성 곡선에 미치는 영향을 전산모사를 통하여 알아보았으며, Si 기판의 불순물 농도가 $1{\times}10^{17}/cm^3$ 이상으로 증가할 경우, 직렬저항 성분이 크게 감소 하는 것을 전산모사 결과로 예상할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
• /
• pp.591-591
• /
• 2012

본 연구는 Transparent conducting oxide (TCO, 산화물투명전극)를 이용한 박막태양전지 효율향상에 관한 것으로, 이중의 TCO층(Double-stacked TCO layer)의 효과적인 광학 및 전기적 설계에 관한 것이다. 기존 박막 태양전지에서는 투명전극 TCO layer로서, ITO (Indium-Tin-Oxide), FTO (Fluorine- Tin-Oxide), 및 AZO(Aluminum-doped Zinc Oxide) 등을 사용해 왔다. 각 TCO layer마다 장점이 있지만 단점 또한 존재한다. ITO의 경우 높은 전기적 특성을 가지는 반면 수소 플라즈마에 취약하고 기계적 강도에 취약해 ITO 단일층만으로 박막 태양전지에 적용하는 것에 제한을 받는다. 한편, AZO의 경우 전기적 특성도 우수할 뿐만 아니라 수소 플라즈마에도 내구성이 강한 장점이 있지만, 일함수가 p형 반도체보다 낮아 Schottky junction이 되어, 높은 전위장벽이 형성된다. 이는 정공의 이동을 방해하고, 정공의 축적이 일어나서 순방향 전압을 인가할 때 많은 전류의 감소를 가져온다. 또한, AZO와 p형 반도체 사이의 높은 직렬저항으로 인해 광전압(Voc, Open circuit voltage)와 충실률 (FF, Fill factor)가 떨어진다는 단점이 있다. 본 실험에서는 ITO/AZO 2중구조의 TCO층을 적용하여 상기의 문제점을 해결하고자 한다. 이중 구조 TCO층은 Magnetron sputter system을 이용하여, 단계적으로 증착되었다. 빛이 입사하는 유리에 ITO를 제1전도층으로 증착하였는데, ITO는 입사광의 투과도와 전기전도성이 우수하다. 제2전도층으로는 AZO층을 이용하였으며, 실리콘 반도체층과 접하게 된다. AZO는 실리콘 증착시 발생하는 수소 플라즈마에 안정적이고, 물리적 강도 또한 우수한 장점이 있다. 이중 구조층위에 실리콘 광흡수층(Si absorber)을 증착하였으며, pin 구조를 가진다. 기존, 단일막 TCO층과 2중구조 TCO층을 이용하여, 실리콘 박막 태양전지를 구성하였다. 이때, ITO/AZO의 2중구조를 적용하였을 때 태양 전지 특성이 크게 향상된 결과를 얻을 수가 있었다. 특히, 전류밀도의 경우 ITO, FTO, AZO 각각 14.5 mA/cm2, 11.2 mA/cm2, 8.18 mA/cm2를 나타낸 반면 ITO/AZO 2중구조의 경우 약 17mA/cm2 로 크게 향상 되었고, 태양전지 변환 효율도 각각 7.5%, 6.9%, 4%에서 ITO/AZO 2중 구조의 경우 8.05%로 크게 향상되었다. 본 발표에서는 2중구조 TCO를 이용한 현공정에 적용 가능한 박막태양전지 효율향상 기법에 대해 논의하고자 한다.

• 한국전기전자재료학회논문지
• /
• 제29권8호
• /
• pp.461-465
• /
• 2016

n-type silicon shows the better tolerance towards metal impurities with a higher minority carrier lifetime compared to p-type silicon substrate. Due to better lifetime stability as compared to p-type during illumination made the photovoltaic community to switch toward n-type wafers for high efficiency silicon solar cells. We fabricated the front electrode of the n-type solar cell with AgAl paste. The electrodes characteristics of the AgAl paste depend on the contact junction depth that is closely related to the firing temperature. Metal contact depth with p+ emitter, with optimized depth is important as it influence the resistance. In this study, we optimize the firing condition for the effective formation of the metal depth by varying the firing condition. The firing was carried out at temperatures below $670^{\circ}C$ with low contact depth and high contact resistance. It was noted that the contact resistance was reduced with the increase of firing temperature. The contact resistance of $5.99m{\Omega}cm^2$ was shown for the optimum firing temperature of $865^{\circ}C$. Over $900^{\circ}C$, contact junction is bonded to the Si through the emitter, resulting the contact resistance to shunt. we obtained photovoltaic parameter such as fill factor of 76.68%, short-circuit current of $40.2mA/cm^2$, open-circuit voltage of 620 mV and convert efficiency of 19.11%.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
• /
• pp.65-65
• /
• 2012

Copper zinc tin sulfide ($Cu_2ZnSnS_4$, CZTS) is a very promising material as a low cost absorber alternative to other chalcopyrite-type semiconductors based on Ga or In because of the abundant and economical elements. In addition, CZTS has a band-gap energy of 1.4~1.5eV and large absorption coefficient over ${\sim}10^4cm^{-1}$, which is similar to those of $Cu(In,Ga)Se_2$(CIGS) regarded as one of the most successful absorber materials for high efficient solar cell. Most previous works on the fabrication of CZTS thin films were based on the vacuum deposition such as thermal evaporation and RF magnetron sputtering. Although the vacuum deposition has been widely adopted, it is quite expensive and complicated. In this regard, the solution processes such as sol-gel method, nanocrystal dispersion and hybrid slurry method have been developed for easy and cost-effective fabrication of CZTS film. Among these methods, the hybrid slurry method is favorable to make high crystalline and dense absorber layer. However, this method has the demerit using the toxic and explosive hydrazine solvent, which has severe limitation for common use. With these considerations, it is highly desirable to develop a robust, easily scalable and relatively safe solution-based process for the fabrication of a high quality CZTS absorber layer. Here, we demonstrate the fabrication of a high quality CZTS absorber layer with a thickness of 1.5~2.0 ${\mu}m$ and micrometer-scaled grains using two different non-vacuum approaches. The first solution-processing approach includes air-stable non-toxic solvent-based inks in which the commercially available precursor nanoparticles are dispersed in ethanol. Our readily achievable air-stable precursor ink, without the involvement of complex particle synthesis, high toxic solvents, or organic additives, facilitates a convenient method to fabricate a high quality CZTS absorber layer with uniform surface composition and across the film depth when annealed at $530^{\circ}C$. The conversion efficiency and fill factor for the non-toxic ink based solar cells are 5.14% and 52.8%, respectively. The other method is based on the nanocrystal dispersions that are a key ingredient in the deposition of thermally annealed absorber layers. We report a facile synthetic method to produce phase-pure CZTS nanocrystals capped with less toxic and more easily removable ligands. The resulting CZTS nanoparticle dispersion enables us to fabricate uniform, crack-free absorber layer onto Mo-coated soda-lime glass at $500^{\circ}C$, which exhibits a robust and reproducible photovoltaic response. Our simple and less-toxic approach for the fabrication of CZTS layer, reported here, will be the first step in realizing the low-cost solution-processed CZTS solar cell with high efficiency.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
• /
• 제34권4호
• /
• pp.1081-1088
• /
• 2013

Two new metal-free organic dyes bridged by anthracene-mediated ${\pi}$-conjugated moieties were successfully synthesized for use in a dye-sensitized solar cell (DSSC). A N,N-diphenylthiophen-2-amine unit in these dyes acts as an electron donor, while a (E)-2-cyano-3-(thiophen-2-yl)acrylic acid group acts as an electron acceptor and an anchoring group to the $TiO_2$ electrode. The photovoltaic properties of (E)-2-cyano-3-(5-((10-(5-(diphenylamino)thiophen-2-yl)anthracen-9-yl)ethynyl)thiophen-2-yl)acrylic acid (DPATAT) and (E)-2-cyano-3-(5'-((10-(5-(diphenylamino)thiophen-2-yl)anthracen-9-yl)ethynyl)-2,2'-bithiophen-5-yl)acrylic acid (DPATABT) were investigated to identify the effect of conjugation length between electron donor and acceptor on the DSSC performance. By introducing an anthracene moiety into the dye structure, together with a triple bond and thiophene moieties for fine-tuning of molecular configurations and for broadening the absorption spectra, the short-circuit photocurrent densities ($J_{sc}$), and open-circuit photovoltages ($V_{oc}$) of DSSCs were improved. The improvement of $J_{sc}$ in DSSC made of DPATABT might be attributed to much broader absorption spectrum and higher molecular extinction coefficient (${\varepsilon}$) in the visible wavelength range. The DPATABT-based DSSC showed the highest power conversion efficiency (PCE) of 3.34% (${\eta}_{max}$ = 3.70%) under AM 1.5 illumination ($100mWcm^{-2}$) in a photoactive area of $0.41cm^2$, with the $J_{sc}$ of $7.89mAcm^{-2}$, the $V_{oc}$ of 0.59 V, and the fill factor (FF) of 72%. In brief, the solar cell performance with DPATABT was found to be better than that of DPATAT-based DSSC.

• 한국재료학회지
• /
• 제8권6호
• /
• pp.493-498
• /
• 1998

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.