| 학회 |
한국재료학회 |
| 학술대회 |
2021년 봄 (05/12 ~ 05/14, 광주 김대중컨벤션센터) |
| 권호 |
27권 1호 |
| 발표분야 |
C. 에너지 재료 분과 |
| 제목 |
Cu-deficient 금속 전구체 적용에 의한 순수 황화 찰코파이라이트 Cu(In,Ga)S2의 개방전압 향상에 관한 연구 |
| 초록 |
텐덤형 태양전지는 고에너지 광자를 흡수하는 상부전지와 저에너지 광자를 흡수하는 하부전지로 구성되는데, 다양한 에너지의 광자를 효율적으로 흡수함으로써 30%를 뛰어넘는 변환효율이 기대된다. 텐덤형 태양전지를 구현하기 위해서 20% 이상의 변환효율과 장기 안정성을 가진 상부전지가 필요하다. 무기물 기반의 순수 황화 Cu(InGa)S2 (CIGS) 박막 태양전지는 In, Ga 비율 조절에 따라 1.53 ㅡ 2.43 eV를 나타내어 상부전지에 적합한 밴드갭 조절이 가능하며, 유기물 박막 태양전지와 비교하여 장기 안정성을 가지고 있다. 최근, 순수 황화 CIGS 박막 태양전지는 16.9%의 변환효율을 달성하였는데 향후 효율 향상을 통해 상부전지에 적용 가능할 것으로 예상된다. 이러한 효율 향상의 배경에는 박막 형성 방법의 변환에 있는데, Cu-excess 금속 전구체에서 Cu-deficient 금속 전구체로 변경에 의해 비약적인 효율 향상이 이루어지고 있다. 하지만 이와 관련된 효율 향상 메커니즘이 불분명하여 이에 대한 연구가 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 순수 황화 CIGS 태양전지의 변환효율 향상 메커니즘 탐색을 위해서 Cu-excess와 Cu-deficient 금속 전구체 조건에서 성장한 CIGS 박막을 제조하였고 비교 연구를 수행했다. 먼저 서로 다른 조건에서 제작한 CIGS 태양전지 소자를 분석한 결과, Cu-excess 금속 전구체를 사용하여 만들어진 CIGS가 buffer/CIGS 계면과 벌크에서 높은 재결합이 관찰되었다. 반면에, Cu-deficient 금속 전구체로 만들어진 CIGS는 계면과 벌크에서 재결합이 감소하였으며 이로 인해서 크게 향상된 개방전압을 보였다. 재결합의 원인을 조사하기 위해 Photoluminescence (PL) 법으로 결함 분석을 수행하였는데, Cu-excess 금속 전구체로 만들어진 CIGS는 strong deep level과 관련된 emission 피크가 다수 관측되었다. 반면, Cu-deficient 금속 전구체로 만들어진 CIGS는 deep level transition이 없는 PL 특성을 보였다. 이 결과는 Cu-excess 금속 전구체를 이용하여 CIGS를 성장시킬 경우 많은 deep level이 CIGS에 생성되며 이로 인해서 소자의 개방전압이 제한됨을 의미한다. 따라서, 개방전압을 향상시키고 deep level 형성을 방지하기 위해 Cu-deficient 금속 전구체를 사용하여 CIGS가 성장되어야 한다. |
| 저자 |
김성현, 김치호, 권일영, 이승훈, 박재한, 김신호, 김양도
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| 소속 |
부산대 |
| 키워드 |
Cu-deficient metal precursor; pure sulfide Cu(In; Ga)S2; Voc boosting; wide bandgap; chalcopyrite
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