| 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 | Se이 포함된 전구체를 이용한 CIGS 광 흡수층 제조 및 CIGS 박막 태양전지 제조 |
| 초록 | CuInSe2 (CIS)계 물질은 직접 천이형 에너지 밴드갭을 가지고 있어 높은 광 흡수계수를 가지고 있으며 열적으로 매우 안정하여 태양전지의 광 흡수층으로 매우 각광 받고 있다. 또한 Ga과 S를 이용한 밴드갭 조절이 용이해 tandem형 태양전지로써 개발도 활발히 진행 중에 있다. 최근 보고된 발표에 의하면 독일의 ZSW에서 동시 증발법을 이용하여 20.4%의 효율을 달성하였다고 한다. 하지만 이러한 동시 증발법은 소면적에서 고효율의 태양전지를 제조할 수 있다는 장점이 있지만 장비의 특성상 대면적화에 많은 어려움이 따른다. 이러한 단점으로 인해 CIGS 태양전지의 양산화를 위한 방법으로는 Sputter를 이용한 방법이 각광 받고 있다. 하지만 sputter를 이용한 CIGS 태양전지 제조 방법은 보통 In과 Cu3Ga을 이용하여 공정을 실시하고 그 후 Se을 공급하면서 열처리를 실시하는 2-step process를 흔히 사용한다. 이러한 2-step process의 경우 2단계 process로 H2Se gas를 사용하는데 H2Se gas는 유독 물질로 취급이 매우 어렵다. 또한 In 타겟을 사용함으로써 흡수층 막의 표면이 고르지 못하고 Ga의 편석현상이 발생된다. 따라서 본 연구에서는 RF와 DC Sputtering방법으로 In2Se3과 Cu3Ga target을 이용하여 Se이 포함된 전구체를 제조하였으며 이때 공정 압력은 10 mTorr로 설정하였으며 1족 원소와 3족 원소의 조성비를 1:1로 조절하기 위해 각각의 공정파워를 다르게 조절하였다. 제조된 전구체는 H2Se gas를 사용하지 않고 Se source를 이용한 열처리 방법과 전자빔을 이용한 결정화 방법의 2가지 방법을 시도 하였다. 먼저 첫 번째 Se source를 이용한 열처리 방법은 약 300℃~450℃로 Se의 증발온도를 조절하면서 Se을 공급하였으며 이때 기판의 온도는 약 600℃, 공정시간은 1시간으로 고정하였다. 그리고 두 번째 전자빔을 이용한 결정화 방법은 고밀도 플라즈마를 이용해 생성된 전자를 가속화 시켜 기판에 조사함으로써 Se의 공급 없이 전자 가속에너지 2~3.5 KeV에서 5분간 실시하였다. 이렇게 제조된 CIGS 흡수층을 이용해 약 50nm의 CdS 버퍼층을 CBD (Chemical Bath Deposition)를 이용해 제조 하였으며 약 50nm의 i-ZnO층과 약 400nm의 Al-ZnO층을 RF sputter를 이용해 증착하였고, 전면전극으로 약 3㎛ 두께의 Al 전극을 증착하였다. 먼저 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope), XRF (X-Ray Fluorescence), Raman spectrometer, XRD (X-Ray Diffractometer), TRPL (Time Resolved Photoluminescence)등의 분석을 통해 흡수층의 박막특성을 분석하였으며 QE (Quantum Efficiency), LIV Curve를 통해 제조된 소자 특성을 분석하였다. |
| 저자 | 김재웅1, 김진혁2, 정채환1 |
| 소속 | 1한국생산기술(연), 2전남대 |
| 키워드 | CIGS; Sputtering; e-beam; Selenization; RTP |
