| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2012년 가을 (11/07 ~ 11/09, 라카이샌드파인 리조트) |
| 권호 | 18권 2호 |
| 발표분야 | C. 에너지/환경 재료(Energy and Environmental Materials) |
| 제목 | Cu-In-S 나노 입자를 이용한 치밀한 구조의 CuInSe2 박막 및 태양전지 제작 |
| 초록 | CuInSe2 (CIS) 박막은 chalcopyrite 구조를 갖는 직접천이형 반도체로서 광흡수계수(1⨉105cm-1)가 높고 Ga, Al 등의 3족 원소 또는 6족 원소의 S를 첨가하여 밴드갭 조절이 용이하다는 장점을 가지고 있다. CIS 박막 제조 방법에 있어서, 진공 장비 기반 기술인 기존의 동시진공증발법 및 스퍼터링/셀렌화 공정으로 높은 변환효율을 얻는 데는 성공하였으나, 이들 공정의 높은 공정 단가 및 대면적화의 어려움은 CIS계 태양전지 양산화의 걸림돌로 작용하고 있다. 이에 따라 진공 공정 대신 나노 입자 전구체를 이용한 비진공 코팅 및 열처리에 의해 CIS계 박막을 제조하는 기술이 큰 관심을 받고 있다. 비진공 방식은 진공방식보다 매우 간단하고, 대면적화가 용이할 뿐 아니라 재료 이용율이 높아 박막 태양전지의 제조 단가를 크게 낮출 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구팀에서는 선행실험으로 저온 콜로이달 방법에 의해 Cu-In-Se 나노 입자를 합성한 후 이를 이용하여 CuInSe2 박막을 제조 한 결과, 최종 박막의 치밀도가 매우 떨어지는 것을 발견하였고, 이로 인해 태양전지의 효율이 약 4% 수준에 머무는 것을 확인하였다. 이 문제를 개선하기 위해 출발 물질을 Cu-In-Se에서 Cu-In-S 나노입자로 변경하여 최종 박막의 치밀화를 유도하고자 하였다. 이는 셀렌화 과정 중 원자 크기가 작은 S가 크기가 큰 Se으로 치환될 때 발생하는 격자 팽창 현상을 이용하고자 하는 것이다. 본 연구에서는 저온 콜로이달 방법을 이용, CuI, InI, NaS를 출발물질로 하여 Cu-In-S 나노 입자를 합성하고, 이를 스핀코팅 한 후, 기판 온도 500 ℃에서 셀렌화 열처리한 결과, 박막의 치밀도가 비약적으로 향상된 CuInSe2 박막을 형성할 수 있었다. 또한 이렇게 제조한 광흡수층 박막을 이용하여 태양전지를 완성한 후 효율 측정을 한 결과 약 8%의 변환 효율을 달성하였다. |
| 저자 | 최유정1, 안세진2, 윤재호1, 곽지혜1, 조아라1, 안승규1, 신기식1, 박상현1, 김주한1, 윤경훈2 |
| 소속 | 1한국에너지기술(연), 2충북대 |
| 키워드 | CIS; 나노입자; 태양전지 |
