• 공업화학
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• 제26권5호
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• pp.526-532
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• 2015

신 기후변화대응(Post 2020)을 위한 대체에너지의 역할과 더불어 태양전지의 중요성이 높아져 가고 있다. 태양전지의 종류는 크게 재료관점에서 보면 유기물과 무기물 계열로 구분할 수 있지만 대규모 발전역할에서는 현재까지 실리콘과 같이 양산성과 안정성 기반의 무기물 태양전지가 주된 역할을 하고 있다. 특히 최근 몇 년간 화합물반도체 태양전지에 대한 연구는 급속도로 가속화되면서 3-5족 적층형 태양전지, chalcopyrite 계열 $CuInGa(S,Se)_2$ (CIGSSe) 태양전지와 kesterite 계열 $Cu_2ZnSn(S,Se)_4$ (CZTSSe) 태양전지 연구가 대표적으로 주류를 이루어 왔다. 따라서 화합물반도체 태양전지에서 주류를 이루고 있는 3-5족 적층형, CIGSSe 및 CZTSSe 태양전지들의 연구개발동향 및 기술적인 주요내용들에 대해 소개하고자 한다.

• 한국진공학회지
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• 제22권1호
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• pp.37-44
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• 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.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권5호
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• pp.310-316
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• 2021

기존의 인공위성은 다기능·높은 성능을 가진 대형위성을 국가 단위에서 운용하는 것이 일반적이었으나 최근의 전기·전자 및 광학 기술의 경량 소형화 발전에 따라 점차 소형위성이 주목받고 있다. 크기와 무게가 감소됨에 따라 적은 비용으로 개발 및 발사가 가능하여 위성 개발에 진입장벽이 낮아지고 있으나, 인공위성의 전력공급에 필수적인 태양전지 패널의 경우 태양광에 효율적으로 노출되기 위해 넓은 표면적이 필요하여 소형화 및 경량화가 제한적이다. 우주용 태양전지는 우주선과 태양열, 온도와 같은 다양한 우주환경을 고려하여 제작되어야하고, 부피를 최적화하기 위해 전개 매커니즘을 적용하며 경량화 및 고효율화를 위하여 태양전지 셀의 구조적 재료적인 연구개발이 필요하다. 현재 태양전지 패널로 개발되어 운용되고 있는 제품들은 고효율화를 위하여 주로 InGaP/GaAs/Ge 소재의 3중구조를 적용하고 있다. 최근에는 초고효율 다층구조 태양전지를 위하여 4중접합 이상의 구조가 연구되고 있으며, 나아가 소재적으로 경량화에 유리한 유연박막 태양전지, 유기 및 유무기 하이브리드 태양전지 등이 차세대 소형위성용 태양전지로 주목받고 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.222-222
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• 2010

III-V반도체 태양전지는 다양한 에너지 밴드갭을 만들 수 있으며 다중접합 태양전지의 경우 흡수 전류가 커져 효율이 증가한다. 태양전지의 효율의 증가는 태양광 발전시스템의 발전 단가를 낮추는 중요한 요인이다. 우리는 효율이 높은 III-V 태양전지를 제작하기 위해 일차적으로 Ge기판 위에 GaAs를 성장하고자 한다. Ge기판과 GaAs의 격자상수는 0.07%차이로 거의 일치하나 물질의 열팽창계수가 다르고 비극성인 Ge기판 위에 극성인 GaAs를 성장 시 위상불일치(Anti Phase Domain) 나타난다. 위상불일치 현상을 줄이기 위해 성장 시 온도와 V/III비율, 성장두께 등을 달리하여 성장한다. 표면의 상태가 좋아질수록 위상불일치 현상이 작으며 단일성장 보다 두 단계 과정으로 성장 했을 때 표면의 상태가 더 좋은 결과를 바탕으로[1], 20nm 이하로 얇게 seed층을 성장하고 그 위에 두꺼운 버퍼층을 성장하는 두 단계로 진행하였다. seed층의 성장온도는 $400{\sim}550^{\circ}C$, V/III 비율을 3.5~30으로 다양하게 바꿔가면서 표면의 상태를 비교하였다. 이때 버퍼층의 성장 온도와 V/III 비율은 $680^{\circ}C$, 192으로 일정하게 유지하였다. 표면은 SEM과 AFM을 통해 분석하였으며 결정질의 상태는 XRD 장비(Panalytical사)로 분석하고 광학적 특성은 LTPL(Accent Optical Technologies사)로 측정하였다. 실험의 결과는 seed층의 온도가 낮고 V/III 비율이 낮으며 성장률이 높았을 때 표면상태가 좋은 반면 버퍼층은 온도가 높고 V/III 비율이 높으며 성장률이 낮을 때 표면상태가 좋았다. seed층을 $450^{\circ}C$온도에서 V/III 비율이 3.5이고 성장률이 버퍼층에 비교하여 크게 하여 성장 했을 때 표면 거칠기가 3.75nm로 작아 표면의 상태가 좋음을 확인할 수 있었다. 두 단계 성장 시 표면의 상태는 seed층의 조건에 따라 결정됨을 알 수 있었다. 표면상태가 좋았을 때 결정상태 역시 좋았으며 성장률이 바뀜에 따라 반치폭이 42~45 arcsec의 값을 나타내었다. 광학적 특성은 10K에서 1.1512eV 밴드갭 에너지를 가지고 있어 양질의 GaAs가 성장됨을 알 수 있다.

• 신재생에너지
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• 제5권4호
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• pp.34-37
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• 2009

Using six SMD(surface mount device) type AlGaAs/GaAs single junction solar cells connected in series, a power source was fabricated for a white GaN LED. The electrical properties of the power source was measured and analyzed under one sun (100mW/$cm^2$) and various indoor light (300 - 900 lux) conditions. Under 600 lux indoor light condition, output power was 17.06 ${\mu}W$ and it was 30.75 ${\mu}W$ under 900 lux indoor light condition. Using the fabricated solar cell power supply, we have turned on the white GaN LED. It was worked well under 15 ${\mu}W$(at 480 lux) power supplied from solar cell array. This kind of solar cell power supply can be used as a power source for ubiquitous sensor network (USN).

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.449.2-449.2
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• 2014

태양전지용 III-V족 화합물 반도체 물질인 GaAs는 1.42eV의 Energy Band-gap (Eg)을 가지고 있기 때문에 이론적으로 단일접합 태양전지로는 가장 높은 수준의 광-전 변환효율 달성이 가능하다. 비록 emitter의 조건 가변으로 설정을 했음에도 불구하고, 처음 기본적인 구조였던 emiier 두께 75 nm, 도핑농도 상에서 효율이 24.53%가 될 정도로 큰 효율이 나오게 되었다. TCAD simulation을 이용하여 emitter의 도핑농도와 두께를 가변하여 가장 높은 효율이 나오는 emitter 조건을 찾는 실험을 진행하였다. 시뮬레이션 결과 emitter두께 100 nm에서 도핑농도가 인 경우에 Voc=28.43, Jsc=25.84, Jph=29.12, FF=87.76%, 효율은 25.84%가 나오는 것을 확인 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.438-440
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• 2008

Effects of Ga contents of CIGS absorber layer on the performance of thin films solar cells were investigated. As Ga content increased, the grain size of CIGS films decreased presumably because Ga diffusion during 2nd stage of co-evaporation process is more difficult than In diffusion. Performances of corresponding solar cell show systematic dependence on Ga content in which open circuit voltage increases and short circuit current and fill factor decrease as Ga contents increases. At a optimal condition of Ga/(In+Ga)=0.27, the solar cell shows a conversion efficiency of 15.6% with $V_{OC}$ of 0.625 V, $J_{SC}$ of 35.03 mA/$cm^2$ and FF of 71.3%.

• 신재생에너지
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• 제5권3호
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• pp.22-25
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• 2009

For increasing the output voltage, six SMD(surface mount device) type AlGaAs/GaAs solar cells were connected in series. The electrical properties of the array were measured and compared with one sun (100 mW/$cm^2$) and indoor light (480 lux) conditions. Under one sun condition, output power was 21.57 mW and it was $14.67\;{\mu}W$ under indoor light condition. Under the indoor light condition, the intensity of the light is very low compared to one sun condition. Thus the Voc(open circuit voltage) and Isc (short circuit current) of the sample under indoor light condition decreased very much compared to that of under the one sun condition. This kind of solar cell power supply can be used as a power source for ubiquitous sensor network (USN).

• 신재생에너지
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• 제5권3호
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• pp.26-31
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• 2009

Using MBE growth method, GaAs/AlGaAs solar cell structure was grown. Deposited electrodes are Au/Ni/Ge for n-type and Au/Pt/Ti for p-type electrodes were deposited by E-beam evaporator. Indoor light concentrators were devised and fabricated in order to concentrate artificial solar rays. Also mirror and prism and Fresnel lens concentration system with solar simulator were devised and fabricated. Results of solar cell characteristics were measured with shutting system which can control the amount of light. Maximum power density was 2.13 W/$cm^2$ and maximum concentration was 124 sun, when mirror with Fresnel lens was used at $7854\;mm^2$ of shutter hole.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.52.1-52.1
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• 2011

최근에 에너지 자원의 고갈이 다가오는 상황에서 태양전지 분야가 주목받고 있으며 이에 대한 시장이 급격하게 확대되고 있다. 그러나 현재의 태양전지는 주를 이루고있는 실리콘태양전지의 경우 원재료 수급이 불안정하여 가격 변동이 심하다. 따라서 이를 대체할 2세대 태양전지인 박막형 태양전지의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 박막형 태양전지 중에서도 주목받고 있는 것은 Cu(In,Ga)$Se_2$(CIGS)박막 태양전지이다. CIGS는 Ga의 농도에 따라 1.02~1.68eV의 다양한 에너지 밴드갭을 갖는 직접천이형 반도체 물질이다. 또한 $1{\times}10^5cm^{-1}$의 높은 광흡수계수를 가지고 있으며, $450{\sim}590^{\circ}C$의 고온공정에서도 매우 안정하여 열화현상이 거의 보이지 않아 박막형 광흡수층 재료로서 적합하다. 흡수층을 제조하는 방법은 여러 가지가 있지만, 본 연구에서는 균일성이 뛰어나고 원료사용효율이 높은 sputtering 방법을 사용하였다. 그리고 결정화하기위해서 유독기체를 사용하는 셀.렌.화. (selenization) 방법 대신 전자빔을 조사하는 방법을 채택하였다. sputtering을 통한 CIGS precursor을 제조하기위해 2~3개의 화합물target을 사용하는데, 대표적인 방법으로 동시에 sputtering하는 co-sputtering 방법과 각각의 단일 층을 쌓아 제조하는 stack형으로 분류된다. 본 연구는 CIGS precursor를 제조하기 앞서 CuGa 단일 층만을 제조하여 공정조건에 따른 박막을 제조하였다. 제조된 CuGa 단일층은 전자빔 처리에 따른 영향을 알아보기 위해 전자빔의 세기와 공정시간을 달리하여 특성을 알아보았다. 실험에서는 Cu:75wt%,Ga:25wt% 조성의 target을 사용하여 공정 압력을 각각 10~1mTorr로 변화시키며 실험을 실시하였으며 공정 power는 50W, 70W, 100W로 변화 시키며 실험을 실시하였다. 이때 실험의 초기진공은 turbo-molecular pump를 이용하여 $1{\times}10^{-6}torr$ 이하로 하였으며, Target과 기판사이의 거리는 모두 같은 조건으로 고정하여 실험을 실시하였다. 박막의 균일성을 증가시키기 위하여 5 rpm의 속도로 기판을 회전하였으며 기판 온도는 가열하지 않고 상온에서 전구체를 증착하였다. 그 후 전자빔의 세기를 고정 시킨 후 전자빔 조사 시간을 조절하여 전자빔 조사 전후의 특성을 각각 분석하였다. 전기적특성은 Hall effect, 4-point probe, 구조적 특성은 SEM,EDS, XRD, XRF 를 이용하여 분석하였다.