평면 패널 디스플레이나 박막태양전지와 같은 대부분의 광전자(Optoelectrocic) 장치의 경우 투명하고 전도성을 가진 산화물(Transparent conduction oxide, TCO) 반도체 박막으로 구성된 ...
평면 패널 디스플레이나 박막태양전지와 같은 대부분의 광전자(Optoelectrocic) 장치의 경우 투명하고 전도성을 가진 산화물(Transparent conduction oxide, TCO) 반도체 박막으로 구성된 투명전극이 필수적으로 사용된다. 대부분 투명전극으로 마그네트론 스퍼터링(Magnetron sputtering)에 의해 증착된 ITO 박막이 실용화 되고 있다. 하지만 ITO의 주 재료인 In의 고비용과 희소성으로 인해 안정적인 재료의 공급이 어렵다는 한계로 인해 ITO에 대한 대안으로 불순물이 첨가된 ZnO 등의 물질이 연구되고 있다. 일반적으로 투명전극으로 사용되고 있는 TCO 박막은 엑피택셜 성장(Epitaxial growth)을 한 단결정을 제외하고는, 다결정 또는 비정질이며 저항은 10-3Ω에 가시광 영역에서 평균 투과율이 80%를 초과하는 것이 바람직하다. 따라서 박막 투명 전극으로 사용하기에 적합한 TCO 반도체는 1020cm-3 이상의 캐리어 농도와 3eV 이상의 밴드갭 에너지를 가져야 한다. 본 논문에서는 Zinc tin oxide(ZTO)에 대한 연구를 진행하였다. 최근 In의 높은 가격으로 인해 다른 대체 물질들이 많이 연구되고 있는데 그 중 ZTO(Zn-Sn-O) 박막이 대체 TCO물질로 가능성이 제기되고 있다. ZTO 박막은 여러 장점을 갖고 있는데 먼저 ZTO의 주요 성분인 Zn 는 비교적 풍부하여 비용이 저렴하고, 독성이 없는 물질이라는 장점이 있다. 두번째로 Zn 과 Sn의 비율을 조절하여 박막의 특성을 결정할 수 있다는 장점이 있다. Sn의 비율을 높이면 excess carrier가 늘어나 전도성과 에너지 밴드갭을 크게 할 수 있다(Eg : 3.3 ~ 4.1eV). 또한 ZTO 박막은 높은 투과도와 활성화 수소에서 안정하다는 ZnO의 장점과 산염기 용액에 반응하지 않고 산소 상태에서 안정한 SnO2의 장점 두가지 모두 갖고있다. 세번째로 ZTO 박막은 결정특성상 일반적으로 무정형(amorphous) 이므로 grain boundary가 없고 lattice mismatch가 적으므로 접합면에서의 결함(defect)을 줄여서 반도체 소재에서 캐리어의 재결합(recombination)을 줄여줄 수 있다. 마지막으로 고온(500~600°C)에서도 안정하다는 장점이 있다.
평면 패널 디스플레이나 박막태양전지와 같은 대부분의 광전자(Optoelectrocic) 장치의 경우 투명하고 전도성을 가진 산화물(Transparent conduction oxide, TCO) 반도체 박막으로 구성된 투명전극이 필수적으로 사용된다. 대부분 투명전극으로 마그네트론 스퍼터링(Magnetron sputtering)에 의해 증착된 ITO 박막이 실용화 되고 있다. 하지만 ITO의 주 재료인 In의 고비용과 희소성으로 인해 안정적인 재료의 공급이 어렵다는 한계로 인해 ITO에 대한 대안으로 불순물이 첨가된 ZnO 등의 물질이 연구되고 있다. 일반적으로 투명전극으로 사용되고 있는 TCO 박막은 엑피택셜 성장(Epitaxial growth)을 한 단결정을 제외하고는, 다결정 또는 비정질이며 저항은 10-3Ω에 가시광 영역에서 평균 투과율이 80%를 초과하는 것이 바람직하다. 따라서 박막 투명 전극으로 사용하기에 적합한 TCO 반도체는 1020cm-3 이상의 캐리어 농도와 3eV 이상의 밴드갭 에너지를 가져야 한다. 본 논문에서는 Zinc tin oxide(ZTO)에 대한 연구를 진행하였다. 최근 In의 높은 가격으로 인해 다른 대체 물질들이 많이 연구되고 있는데 그 중 ZTO(Zn-Sn-O) 박막이 대체 TCO물질로 가능성이 제기되고 있다. ZTO 박막은 여러 장점을 갖고 있는데 먼저 ZTO의 주요 성분인 Zn 는 비교적 풍부하여 비용이 저렴하고, 독성이 없는 물질이라는 장점이 있다. 두번째로 Zn 과 Sn의 비율을 조절하여 박막의 특성을 결정할 수 있다는 장점이 있다. Sn의 비율을 높이면 excess carrier가 늘어나 전도성과 에너지 밴드갭을 크게 할 수 있다(Eg : 3.3 ~ 4.1eV). 또한 ZTO 박막은 높은 투과도와 활성화 수소에서 안정하다는 ZnO의 장점과 산염기 용액에 반응하지 않고 산소 상태에서 안정한 SnO2의 장점 두가지 모두 갖고있다. 세번째로 ZTO 박막은 결정특성상 일반적으로 무정형(amorphous) 이므로 grain boundary가 없고 lattice mismatch가 적으므로 접합면에서의 결함(defect)을 줄여서 반도체 소재에서 캐리어의 재결합(recombination)을 줄여줄 수 있다. 마지막으로 고온(500~600°C)에서도 안정하다는 장점이 있다.
Transparent conductive oxide(TCO) materials have been studied in the history. TCO materials have both transparency and electrical conductivity. This property attracted to many optical electronic applications such as LCD, OLED, photovoltaics. The conventional TCO layer material is indium tin oxide(IT...
Transparent conductive oxide(TCO) materials have been studied in the history. TCO materials have both transparency and electrical conductivity. This property attracted to many optical electronic applications such as LCD, OLED, photovoltaics. The conventional TCO layer material is indium tin oxide(ITO) due to its high conductivity and thermal stability. But recently the demand of indium-free materials is increasing because of its expensive price and indium is detrimental to both health and environment. Zinc tin oxide(ZTO) is an alternative material with its abundance and low cost. ZTO is a n-type ternary metal oxide consist of ZnO and SnO, and has a good thermal stability, electrical conductivity and wide band gap. In this study, AZTO TCO (Al-doped Zn-Sn-O in the form of Zn2SnO4:Al alloy) films are prepared by co-sputtering. First, with Zn, Sn, Al metal targets and second, with AZO(Al:ZnO) and SnO2 targets. The film properties such as optical, electrical, structure, composition were studied and check the suitability for the application to Cu(In,Ga)Se2 solar cell.
Transparent conductive oxide(TCO) materials have been studied in the history. TCO materials have both transparency and electrical conductivity. This property attracted to many optical electronic applications such as LCD, OLED, photovoltaics. The conventional TCO layer material is indium tin oxide(ITO) due to its high conductivity and thermal stability. But recently the demand of indium-free materials is increasing because of its expensive price and indium is detrimental to both health and environment. Zinc tin oxide(ZTO) is an alternative material with its abundance and low cost. ZTO is a n-type ternary metal oxide consist of ZnO and SnO, and has a good thermal stability, electrical conductivity and wide band gap. In this study, AZTO TCO (Al-doped Zn-Sn-O in the form of Zn2SnO4:Al alloy) films are prepared by co-sputtering. First, with Zn, Sn, Al metal targets and second, with AZO(Al:ZnO) and SnO2 targets. The film properties such as optical, electrical, structure, composition were studied and check the suitability for the application to Cu(In,Ga)Se2 solar cell.
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