• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.46 no.2
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• pp.75-79
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• 2013

A one-step route was developed to fabricate $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) thin films by radio frequency (RF) magnetron sputtering from a single quaternary $CuIn_{0.75}Ga_{0.25}Se_2$ target. The effects of the substrate temperatures on the structural and electrical properties of the CIGS layers were investigated by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and Hall effect measurements. All the deposited films showed a preferential orientation along the (112) direction. The films deposited at $300^{\circ}C$ and $400^{\circ}C$ revealed that chalcopyrite main (112) peak and weak prominent peaks of (220)/(204) and (312)/(116), indicating polycrystalline structures. The element ratio of the deposited film at $300^{\circ}C$ were almost the same as the near-optimum value. The carrier concentration of the films decreased with increasing substrate temperatures.

• The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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• v.50 no.12
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• pp.607-613
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• 2001

Molybdenum thin films were deposited on the soda lime glass(SLG) substrates by direct-current planar magnetron sputtering, with a sputtering power density of $4.44W/cm^2$. The working pressure was varied from 0.5 mtorr to 20 mtorr to gain a better understanding of the effect of sputtering pressure on the morphology and microstructure of the Mo film. Thin films of $CU(InGa)Se_2$ (CIGS) were deposited on the Mo-coated glass by three stage co-evaporation process. The highest efficiency device was obtained at the maximum value of the tensive stress. The morphology of Mo-coated films were examined by using scanning electron microscopy The film's microstructure, such as the preferred orientation, the full width at half-maximum(FWHM), and the residual intrinsic stress were examined by X-ray diffraction.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.427-427
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• 2012

Cu(In,Ga)$Se_2 $ (CIGS) 박막 태양전지는 높은 효율과 낮은 생산 단가로 인해 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히, Se flux는 박막의 특성에 가장 중요한 CIGS의 결정성, 결정립 크기, 결정방향을 형성하는데 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 일반적인 co-evaporation에 사용되는 Se effusion cell의 경우, 높은 분자가를 가지는 Se 분자들이 공급되기 때문에 낮은 반응성을 보이지만 Se cracker cell을 사용할 경우 Se 분자들이 열적으로 크래킹되어 낮은 분자가를 가지므로 화학적으로 높은 반응성을 가진다. 따라서 적은 양의 Se으로도 양질의 CIGS 박막 제작이 가능하다. 본 연구에서는 Se effusion cell과 cracker cell을 이용하여 CIGS 광흡수층을 제작하였으며, 각각 제작된 CIGS 박막의 특성을 비교하였다. 또한 Se cracker cell의 reservoir zone(R-zone) 온도를 통해 Se flux를 변화시켜 Se flux에 따른 CIGS 박막 태양전지의 특성에 대해 알아보았다. SEM, EDS, XRD 측정을 통해 박막의 특성을 분석하였고, J-V 측정을 통해 태양전지의 특성에 대해 알아보았다. Se cracker를 사용하여 제작된 CIGS 박막의 결정립 크기가 effusion cell로 제작된 박막보다 더 크게 나타났고, Se flux가 증가할수록 결정립의 크기는 증가하였다. Se cracker의 flux가 $0.17{\'{{\AA}}}$/s일 때 반사방지막 없이 13.14%의 효율을 나타내었다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.18 no.2
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• pp.125-129
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• 2005

Two kinds of physical treatments were examined for the analysis both of intrinsic surface and interior nature of CuInS $e_2$[CIS] and CuGaS $e_2$[CGS] films grown in separated systems. For the first method, a selenium protection layer which was immediately deposited after the growth of the CIS was investigated. The Se cap layer protects CISe surface from oxidation and contamination during the transport under ambient atmosphere. The Se cap was removed by thermal annealing at temperature above 15$0^{\circ}C$. After the decapping treatment at 2$25^{\circ}C$ for 60 min, ultraviolet photoemission and inverse photoemission measurements of the CIS film showed that its valence band maximum(VBM) and conduction band minimum (CBM) are located at 0.58 eV below and 0.52 eV above the Fermi level $E_{F}$, respectively. For the second treatment, an Ar ion beam etching was exploited. The etching with ion kinetic energy $E_{k}$ above 500 eV resulted in broadening of photoemission spectra of core signals and occasional development of metallic feature around $E_{F}$. These degradations were successfully suppressed by decreasing $E_{k}$ below 400 eV. CGS films etched with the beam of $E_{k}$ = 400 eV showed a band gap of 1.7 eV where $E_{F}$ was almost centered.st centered.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.24-24
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• 2010

Chalcopyrite $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) 화합물 반도체는 고효율 박막태양전지의 광 흡수층으로 사용되는 물질 중 가장 우수한 효율 (19.9%, NREL 2008)을 보유하고 있다. CIGS는 직접천이형 에너지밴드갭 (direct bandgap)을 가지고 있고, 광흡수계수가 $1{\times}10^5\;cm^{-1}$로서 반도체 중 서 가장 흡수율이 높은 재료에 속하여 두께 $1{\sim}2\;{\mu}m$의 박막으로도 고효율의 태양전지 제조가 가능하고, 또한 장기적으로 전기광학적 안정성이 매우 우수한 특성을 지니고 있다. 현재 고효율 CIGS 셀생성을 위해 널리 사용되고 있는 CIGS 흡수층 성장공정은 "co-evaporation(동시증발법)"과 2-step 공정이라 불리는 "sputter-selenization(스퍼터-셀렌화)" 방법이다. 동시증발법은 개별원소 Cu, In, Ga, Se 들을 고진공 분위기에서 고온 ($550{\sim}600^{\circ}C$)기판위에 증착하는 방법으로 소면적에서 가장 좋은 효율(~20%)을 보이는 공정이다. 하지만, 고온, 고진공 공정조건과 대면적 증착시 온도 및 조성 불균일 등의 문제점 등으로 상용화에 어려움이 있다. 스퍼터-셀렌화 공정은 1단계에서 스퍼터링 방식으로 CuGaIn 전구체를 증착하고, 2단계에서 고온($550{\sim}600^{\circ}C$)하에 $H_2Se$ 혹은 Se vapor와 반응시켜 CIGS를 생성한다. 일본의 Showa Shell와 Honda Soltec 등에 의해 이미 상업화 되었듯이, 저비용 대면적으로 상업화 가능성이 높은 공정으로 평가되고 있다. 하지만, 2단계에서 사용되는 $H_2Se$ 및 Se vapor의 유독성, 기상 Se과 금속전구체 간의 느린 셀렌화 반응속도, 셀렌화반응 후 생성된 CIGS 박막 두께방향으로의 Ga 불균일분포, 생성된 CIGS/Mo 계면 접착력 저하등의 문제점들이 해결되어야만 상업화에 성공할 수 있을 것이다. 본 Tutorial에서는 CIGS 물질의 열역학 상평형과 반응메카니즘에 대해 설명하고, 다양한 생성 공정들을 소개할 것이다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2005.05a
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• pp.202-202
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• 2005

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2005.05a
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• pp.181-181
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• 2005

• Current Photovoltaic Research
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• v.2 no.1
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• pp.28-35
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• 2014

High-efficiency in $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) solar cells were usually achieved on soda-lime glass substrates due to Na incorporation that reduces deep-level defects. However, this supply of sodium from sodalime glass to CIGS through Mo back electrode could be limited at low deposition temperature. Na content could be more precisely controlled by supplying Na from known amount of an outside source. For the purpose, an $Na_2S$ layer was deposited on Mo electrode prior to CIGS film deposition and supplied to CIGS during CIGS film. With the $Na_2S$ underlayer a more uniform component distribution was possible at $350^{\circ}C$ and efficiency was improved compared to the cell without $Na_2S$ layer. With more precise control of bulk and surface component profile, CIGS film can be deposited at low temperature and could be useful for flexible CIGS solar cells.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.125.2-125.2
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• 2011

CuInGaSe2 (CIGS)을 포함한 Chalcopyrite계 물질은 직접천이형 반도체이면서, ${\sim}1{\times}10^5cm^{-1}$ 이상의 광흡수계수를 보이며, 조성제어를 통한 밴드갭 조절이 가능해 차세대 고효율 박막태양전지재료로 매우 주목받고 있다. 최근, CIGS 박막태양전지 제조를 위해 CIGS 흡수층의 여러 가지 박막제조 공정들이 개발되고 있으나, 동시증착법과 소위 2단계법이라 일컬어지는 금속 전구체 스퍼터링 증착 후 셀렌화 공정을 가장 대표적인 공정이라 말 할 수 있다. 동시증착법은 실험실 수준의 소면적 셀에서 20%에 가까운 높은 효율의 CIGS 박막태양전지 제조에 성공하였음에도 불구하고, 상용화를 위한 대면적 셀 제조를 위해 해결해야 할 문제들이 아직 남아있다. 또한, 2단계법의 경우는 스퍼터링 공정을 기반으로 대면적 셀 제조에는 용이하나, CIGS/Mo 계면에서의 Ga 응집현상의 발생 및 셀렌화 공정에 사용되는 독성가스($H_2Se$)의 문제 등이 남아 있어 새로운 시각에서의 접근 방법이 요구되고 있다. 본 연구에서는 CIGS 4성분계 단일 타겟을 사용, RF 스퍼터링 공정을 통해 $200{\times}200mm^2$ 기판 위에 CIGS 박막을 제조하여 그 특성을 분석하였다. XRD 분석결과, 동시증착법에서 일반적으로 관찰되는 CIGS/Mo 계면에서의 $MoSe_2$ 상의 존재는 관찰되지 않았으며, CIGS 단일상의 다결정 박막이 제조되었음을 알 수 있었다. 또한, CIGS 박막제조 후, RTA 공정을 통해 CIGS 박막의 결정성이 향상됨을 관찰 할 수 있었으며, SIMS 분석결과, Mo층의 공정 조건에 따라 CIGS/Mo 계면에서의 금속원소 (In, Ga, Mo)의 상호확산이 크게 억제됨을 알 수 있었다. 그 외의 특성평가 결과들을 통하여 CIGS 4성분계 단일 타겟을 사용한 CIGS 박막태양전지 제조의 유용성에 대해 논의하고자 한다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.19 no.8
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• pp.452-456
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• 2009

In high-efficiency Cu(In,Ga)$Se_2$ solar cells, Na is doped into a Cu(In,Ga)$Se_2$ light-absorbing layer from sodalime-glass substrate through Mo back-contact layer, resulting in an increase of device performance. However, this supply of sodium is limited when the process temperature is too low or when a substrate does not supply Na. This limitation can be overcome by supplying Na through external doping. For Na doping, an NaF interlayer was deposited on Mo/glass substrate. A Cu(In,Ga)$Se_2$ absorber layer was deposited on the NaF interlayer by a three-stage co-evaporation process As the thickness of NaF interlayer increased, smaller grain sizes were obtained. The resistivity of the NaF-doped CIGS film was of the order of $10^3{\Omega}{\cdot}cm$ indicating that doping was not very effective. However, highest conversion efficiency of 14.2% was obtained when the NaF thickness was 25 nm, suggesting that Na doping using an NaF interlayer is one of the possible methods for external doping.