가시광선 영역에서 투명하면서 전도성이 높은 투명전도막으로는 ITO(In2O3 :Sn), FTO(SnO2:F), ATO(SnO2:Sb),ZO(ZnO),AZO(ZnO:Al)등이 개발 되어 있다1). 이들의 응용분야로는 ...
가시광선 영역에서 투명하면서 전도성이 높은 투명전도막으로는 ITO(In2O3 :Sn), FTO(SnO2:F), ATO(SnO2:Sb),ZO(ZnO),AZO(ZnO:Al)등이 개발 되어 있다1). 이들의 응용분야로는 태양전지, Heat Mirror2), 평판 디스플레이, 광전소자, 가스센스3) 등으로 그 범위가 점차 확대되고 있다. 실리콘 박막 태양전지의 투명전도막 재료로는 ITO, FTO, intrinsic ZnO나 Al, In, Si, F 등으로 도핑한 ZnO막을 사용하고 있다. 그러나 ITO는 원료물질(Indium)이 고가이고, 수소 플라즈마에 노출되면 열하되는 문제점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 ZnO나 SnO2 등에 여러 가지 불순물을 첨가한 연구가 진해중이며 ZnO계열이 FTO, ITO막보다 plasma 내에서 화학적 안정성이 더 우수한 것으로 보고 되고 있다4). 특히, Al 도핑된 ZnO박막의 경우 넓은 밴드갭을 가진 n-type 반도체로서, 적외선 및 가시광선영역에서의 높은 투과성과 우수한 전도성을 가지며, 수소 플라즈마 노출에 안정하며, 고온에서 안정된 전기적 특성, 낮은 원가 등의 이점을 지녀 그 응용 연구가 활발히 이루어지고 있다5~9). 일반적으로 투명전도막의 투과도와 전기전도도는 제막법과 제막 조건에 따라 달라진다. ZnO을 기본으로 하는 투명전도막의 제조 방법으로는 열분무 코팅(spray pyrolysis coating)10), 광-유기금속 화학 기상 증착법 (photo-MOCVD)11), DC 와 RF 마그네트론 스퍼터링12), ARE(Activated Reactive Evaporation)13)법 등이 이용되고 있다. 그중 마그네트론 스퍼터링 법이 우수한 전기전도도를 구현 할 수 있는 최적의 증착 법으로 알려져 있다14~15). 태양전지는 그 효율이 실리콘 박막의 조건에 따라서도 좌우되지만 기판으로 사용되는 투명전도막의 계면특성 및 광학적 특성에 따라 효율에 커다란 영향을 미치게 된다. 실리콘 박막 태양전지에 사용되는 ZnO 계열의 박막특성으로는 적외선과 가시광선 영역에서 높은 투과도(> 80 %)와 낮은 비저항 그리고 p-i-n 구조에서 p층과의 낮은 접촉저항 등이 있고, 산란(scattering)에 의한 빛의 광학적 길이(optical path) 증가로 활성층(active layer)에서의 광흡수도 증가 및 입사광의 재반사를 방지할 수 있는 표면형상(morphology)의 제어도 중요하다. 이러한 표면형상 제어를 위해 HCl을 이용하여 표면을 거칠게 할 수 있다. 식각된 투명전도막 표면은 태양전지의 광학적 특성을 증가시키는데 매우 중요하며 특히 미세결정 실리콘 태양전지에 중요하다. 왜냐하면, 실리콘을 기본으로 하는 박막들은 태양전지의 제조에 이용되는 다른 어떤 재료보다 낮은 흡수 계수를 가지며, 식각된 표면은 빛을 산란시켜 태양전지에 약하게 흡수된 빛의 평균 자유행로(mean free path)를 증가시켜 준다. 특히, 광학적 길이의 증가는 EHP(electron hole pairs)의 생성 확률을 증가시켜 태양전지의 단락전류를 증가시킨다. 이러한 식각된 표면은 균일한 패턴의 분화구 형태가 가장 적절한 것으로 J. A. Anna 등에 의해보고 되었다16~17). 본 논문에서는 rf 마그네트론 스퍼터링법으로 ZnO:Al막을 제조 하였다. 제조된 ZnO:Al막은 입자의 크기 및 결정성 그리고 입계구조 등과 같은 미세구조에 의해 그 물리적 성질이 크게 좌우되며 이는 기판온도, 증착압력(PAr) 그리고 스퍼터 power 등에 의해 조절이 가능하다. 기판온도(300℃~350℃), 증착압력(0.5 ~ 10 mTorr)등을 변화시켜 제조한 막의 전기적, 구조적 특성을 분석하였고, 증착 후 1% HCl에 습식 식각 하여 표면 거칠기에 따른 광학적 특성을 분석하였다. 또한 광학적 특성을 개선시킨 multi-layer를 single-layer의 특성을 비교 분석하였다. 또한 식각된 ZnO:Al 막과 Asahi U-type SnO2:F 박막위에 제조한 a-Si:H, 식각된 ZnO:Al박막과 식각되지 않은 ZnO:Al막에서 제조한 μc-Si:H 그리고, 식각된 ZnO:Al박막과 Asahi U-type SnO2:F 박막을 투명전도막으로 사용한 각각 a-Si:H/μc-Si:H tandem 태양전지를 제조하여 태양전지 동작특성을 비교하였다
가시광선 영역에서 투명하면서 전도성이 높은 투명전도막으로는 ITO(In2O3 :Sn), FTO(SnO2:F), ATO(SnO2:Sb),ZO(ZnO),AZO(ZnO:Al)등이 개발 되어 있다1). 이들의 응용분야로는 태양전지, Heat Mirror2), 평판 디스플레이, 광전소자, 가스센스3) 등으로 그 범위가 점차 확대되고 있다. 실리콘 박막 태양전지의 투명전도막 재료로는 ITO, FTO, intrinsic ZnO나 Al, In, Si, F 등으로 도핑한 ZnO막을 사용하고 있다. 그러나 ITO는 원료물질(Indium)이 고가이고, 수소 플라즈마에 노출되면 열하되는 문제점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 ZnO나 SnO2 등에 여러 가지 불순물을 첨가한 연구가 진해중이며 ZnO계열이 FTO, ITO막보다 plasma 내에서 화학적 안정성이 더 우수한 것으로 보고 되고 있다4). 특히, Al 도핑된 ZnO박막의 경우 넓은 밴드갭을 가진 n-type 반도체로서, 적외선 및 가시광선영역에서의 높은 투과성과 우수한 전도성을 가지며, 수소 플라즈마 노출에 안정하며, 고온에서 안정된 전기적 특성, 낮은 원가 등의 이점을 지녀 그 응용 연구가 활발히 이루어지고 있다5~9). 일반적으로 투명전도막의 투과도와 전기전도도는 제막법과 제막 조건에 따라 달라진다. ZnO을 기본으로 하는 투명전도막의 제조 방법으로는 열분무 코팅(spray pyrolysis coating)10), 광-유기금속 화학 기상 증착법 (photo-MOCVD)11), DC 와 RF 마그네트론 스퍼터링12), ARE(Activated Reactive Evaporation)13)법 등이 이용되고 있다. 그중 마그네트론 스퍼터링 법이 우수한 전기전도도를 구현 할 수 있는 최적의 증착 법으로 알려져 있다14~15). 태양전지는 그 효율이 실리콘 박막의 조건에 따라서도 좌우되지만 기판으로 사용되는 투명전도막의 계면특성 및 광학적 특성에 따라 효율에 커다란 영향을 미치게 된다. 실리콘 박막 태양전지에 사용되는 ZnO 계열의 박막특성으로는 적외선과 가시광선 영역에서 높은 투과도(> 80 %)와 낮은 비저항 그리고 p-i-n 구조에서 p층과의 낮은 접촉저항 등이 있고, 산란(scattering)에 의한 빛의 광학적 길이(optical path) 증가로 활성층(active layer)에서의 광흡수도 증가 및 입사광의 재반사를 방지할 수 있는 표면형상(morphology)의 제어도 중요하다. 이러한 표면형상 제어를 위해 HCl을 이용하여 표면을 거칠게 할 수 있다. 식각된 투명전도막 표면은 태양전지의 광학적 특성을 증가시키는데 매우 중요하며 특히 미세결정 실리콘 태양전지에 중요하다. 왜냐하면, 실리콘을 기본으로 하는 박막들은 태양전지의 제조에 이용되는 다른 어떤 재료보다 낮은 흡수 계수를 가지며, 식각된 표면은 빛을 산란시켜 태양전지에 약하게 흡수된 빛의 평균 자유행로(mean free path)를 증가시켜 준다. 특히, 광학적 길이의 증가는 EHP(electron hole pairs)의 생성 확률을 증가시켜 태양전지의 단락전류를 증가시킨다. 이러한 식각된 표면은 균일한 패턴의 분화구 형태가 가장 적절한 것으로 J. A. Anna 등에 의해보고 되었다16~17). 본 논문에서는 rf 마그네트론 스퍼터링법으로 ZnO:Al막을 제조 하였다. 제조된 ZnO:Al막은 입자의 크기 및 결정성 그리고 입계구조 등과 같은 미세구조에 의해 그 물리적 성질이 크게 좌우되며 이는 기판온도, 증착압력(PAr) 그리고 스퍼터 power 등에 의해 조절이 가능하다. 기판온도(300℃~350℃), 증착압력(0.5 ~ 10 mTorr)등을 변화시켜 제조한 막의 전기적, 구조적 특성을 분석하였고, 증착 후 1% HCl에 습식 식각 하여 표면 거칠기에 따른 광학적 특성을 분석하였다. 또한 광학적 특성을 개선시킨 multi-layer를 single-layer의 특성을 비교 분석하였다. 또한 식각된 ZnO:Al 막과 Asahi U-type SnO2:F 박막위에 제조한 a-Si:H, 식각된 ZnO:Al박막과 식각되지 않은 ZnO:Al막에서 제조한 μc-Si:H 그리고, 식각된 ZnO:Al박막과 Asahi U-type SnO2:F 박막을 투명전도막으로 사용한 각각 a-Si:H/μc-Si:H tandem 태양전지를 제조하여 태양전지 동작특성을 비교하였다
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