| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2013년 봄 (05/23 ~ 05/24, 여수 엠블호텔(THE MVL)) |
| 권호 | 19권 1호 |
| 발표분야 | C. 에너지/환경 재료(Energy and Environmental Materials) |
| 제목 | 외부에너지를 인가하면서 동시 스퍼터링된 Cu3Ga/In전구체를 이용한 CIGS 흡수층 제조 및 특성 연구 |
| 초록 | Chalcopyrite 결정구조의 CIS계 태양전지는 직접 천이형 반도체로써, 1×105 ㎝-1 의 높은 광흡수계수를 가지고 있으며, Ga, Al등의 3족 원소 또는 6족 원소의 S의 첨가로 광학적 밴드갭을 1.0eV ~1.7eV로 폭 넓은 범위를 조절할 수 있다. CIS계 태양전지를 제조하는 진공 방법으로는 동시증발법과 스퍼터-셀렌화 법이 가장 대표적인 제조방법이라 할 수 있다. 현재 동시 증발법은 20.4% (ZSW, 독일) 라는 높은 변환효율을 얻었지만, 증발원과 기판사이의 거리에 따라 두께가 다르게 형성되어 조성의 균일도 확보가 어려우며, 장비의 대면적화에 많은 어려움이 있다. 스퍼터링을 이용한 CIGS (CuInGaSe2) 전구체 제조 방법으로는 2가지 이상의 타겟을 동시에 증착하는 동시 스퍼터링 방법과 각각의 단일 층을 순차적으로 쌓아 증착하는 방법이 있다. 일반적으로 In과 Cu3Ga 타겟을 이용하여 sputtering을 실시하고 그 후 Se을 공급하면서 열처리를 실시하는 2-step process를 흔히 사용한다. 하지만 In 타겟 사용시 In의 표면장력이 크고, 낮은 녹는점와 습윤성으로 인해 droplet현상 발생하게 되고 이는 높은 품질의 CIGS 흡수층을 형성하는데 저해요인이 된다. 본 연구는 전구체의 In의 droplet 현상을 제어함으로써 셀렌화시 막의 Compactness를 향상 시켜 높은 품질과 균일한 성분의 CIGS를 형성하는 것이다. 실험의 초기진공은 5x10-7torr 이하로 하였으며, 타겟과 기판사이의 거리, 기판 회전속도는 고정한 후 실험을 실시하였다. 기판은 Soda-lime glass를 사용하였으며 약 1㎛ 두께의 Mo를 증착하여 사용하였다. 전구체의 조성비를 제어하기 위해 Cu3Ga, In 각각의 공정 파워는 변수로 두고, 공정 압력은 10mtorr로 고정하였다. 고품질의 전구체를 증착하기 위하여 기판온도를 올리는 것과 EBAD (Electron beam assisted deposition)을 이용하여 외부에너지를 인가하였다. 기판온도는 Silicon Carbide Heater를 이용하여 100, 200, 300, 400℃로 전구체를 증착하였고, 플라즈마 기반의 전자빔을 이용하여 전구체 증착시 dose 및 세기 등을 제어하면서 외부 에너지를 가하였다. 전구체 증착 후 CIGS 흡수층을 형성하기 위해 RTP (Rapid Thermal Process, 2-Zone type) 공정을 진행하였다. Se 소스의 온도는 300℃~400℃의 온도에서 열처리하였고, Se 분위기에서 기판온도를 600℃로하고 1시간이상 공정을 실시하였다. 제조된 각 전구체와 흡수층의 표면형상 및 단면을 관찰하기 위하여 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope)을 이용하였고, 결정성, 상분석 및 조성분석을 위하여 각각 Raman spectroscopy, XRD (X-ray diffractometer) 및 XRF (X-ray fluorescence) 등이 각각 수행되었다. 기판온도 상승과 전자빔의 조사 등을 통하여 기존 조건 대비 균일한 전구체 박막형성에 도움을 줄 수 있으며, 또한 셀렌화 공정후 흡수층 박막의 고품질화가 기대가 된다. |
| 저자 | 권혁1, 김영만2, 정채환2 |
| 소속 | 1한국생산기술(연), 2전남대 |
| 키워드 | CIGS; sputter; E-beam; EBAD; RTP |
