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CIGS 박막태양전지 기술 및 동향 원문보기

전기전자재료 = Bulletin of the Korean institute of electrical and electronic material engineers, v.29 no.11, 2016년, pp.10 - 17  

장지성 (한밭대학교 신소재공학과) ,  정중희 (한밭대학교 신소재공학과)

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본고에서는 CIGS 박막태양전지 각 층의 역할과 고효율 태양전지를 제작하기 위한 공정 요구조건에 대해 논의하였다. CIGS 박막태양전지는 비용, 품질 및 신뢰성 측면에서 볼 때 결정질 실리콘 태양전지와 경쟁할 수 있는 유일한 박막태양전지로 평가 받는다.
  • 위에서 언급한 기판 및 다수의 박막층을 포함한 태양전지 소자 구조는 수십 년간의 수많은 연구자들의 노력으로 최적화 된 것이다. 본고에서는 기판을 포함한 각 층의 역할 및 특성에 대해서 논의하고자 한다. 

가설 설정

  • 그림 7. Two-step 공정을 통한 CIGS 박막 제작 과정. 스퍼터방식을 이 용하여 금속 전구체를 증착한 후 Se 분위기에서 열처리를 통하여 CIGS 박막을 형성한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CIGS 태양전지의 특징은? CIGS 태양전지는 박막태양전지 중에서 가장 높은 광전 변환 효율 (소자:22.6%, 모듈:17.0%)을 가지고 있으며 미국기업, 독일 기업, 특히 일본기업을 중심으로 하여 산업화가 진행되고 있다. 연간 수 GW의 생산용량에 도달한 회사가 있으며, 연간 100 MW의 생산 규모에 달하는 회사도 다수 존재한다.
CIGS 태양전지의 후면전극 소재는 어떤 특성을 만족해야 하는가? CIGS 태양전지의 후면전극 소재는 다음에 열거한 특성을 만족해야 한다. 첫째, 고온의 Se 분위기에서 안정해야 하며 둘째, 높은 전기 전도도를 가져야 한다. 셋째, 기판과의 접착성이 우수해야 하며 또한 CIGS와의 우수한 Ohmic contact 형성할 수 있어야 한다 [7]. 이러한 특성들을 동시에 만족하는 후면전극소재를 찾기 위해 Ni, Cu, Au, Pt 등 많은 재료들이 연구되었지만 현재까지는 Mo가 가장 우수한 특성을 보인다.
Zn(O,S) 버퍼층 주요 형성법에는 무엇이 있는가? 이 소재를 적용한 태양전지는 CdS 버퍼층을 사용한 태양전지와 매우 비슷한 값의 효율을 가지는 것으로 알려져 있다 [17]. Zn(O,S) 버퍼층 주요 형성법으로는 CBD 법과 atomic layer deposition (ALD) 이다 [18]. 꾸준한 연구를 통해 Zn(O,S) 버퍼층은 CBD-CdS 버퍼층을 대체할 수 있는 수준까지 거의 도달했지만 완벽하게 대체하기 위해서는 특성 제어가 용이하고 대량 생산에 적합한 공정을 찾기 위한 지속적인 연구가 필요하다.
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참고문헌 (20)

  1. Antonio, Luque. and Steven, Hegedus, "Handbook of Photovoltaic Science and Engineering : Chapter 13 $Cu(In,Ga)Se_2$ Solar Cells.", Wiley, (2010). 

  2. 윤경훈, "CIS 화합물 박막 태양전지 기술 개발". 한국에너지기술연구원, 대전, pp. 1-96 (2006). 

  3. Dominik Rudmann, "Effects of sodium on growth and properties of $Cu(In,Ga)Se_2$ thin films and solar cells." ETH Nr. 15 576. 

  4. D.H. Shin, J.Y. Kim, T. Gershon, R. Mankad, M. Hopstaken, S. Guha, B.T. Ahn, B.H. Shin, "Effect of the incorporation of alkali elements on $Cu(In,Ga)Se_2$ thin film solar cells.", Solar Energy Materials & Solar Cells 157:695-702 (2016). 

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  5. 정용덕, 신명훈, "플렉시블 CIGS 태양전지 기술 동향", 태양광발전학회, 1(1), pp. 24-33 (2015). 

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  6. David Julien Louis Bremaud, "Investigation and Development of CIGS Solar Cells on Flexible Substrates and with Alternative Electrical Back Contacts.", Ph. D. Sciences, ETH ZURICH, Feusisberg SZ, Switzerland (2009). 

  7. A. Romeo, M. Terheggen, D. Abou-Ras, D. L. Batzner, F.-J. Haug, M. Kalin, D. Rudmann, A. N. Tiwari, "Development of Thin-film $Cu(In,Ga)Se_2$ and CdTe Solar Cells.", Prog. Photovolt. 12:93-111 (2004). 

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  8. John H. Scof ield, A. Duda, D. Albin, B.L. Ballard, P.K. Predecki, "Sputtered molybdenum bilayer back contact for copper indium diselenide-based polycrystalline thin-film solar cells.", Thin Solid Films 260:26-31 (1995). 

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  9. T. Wada, N. Kohara, S. Nishiwaki, T. Negami, "Characterization of the $Cu(In,Ga)Se_2/Mo$ interface in CIGS solar cells.", Thin Solid films 387:118-122 (2001). 

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  10. T. Nakada, Y. Hirabayashi, T. Tokado, D. Ohmori, T. Mise, "Novel device structure for $Cu(In,Ga)Se_2$ thin film solar cells using transparent conducting oxide back and front contacts.", Solar Energy 77:739-747 (2004). 

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  11. S.H. Moon, S.J.Park, Y.J. Hwang, D.K. Lee, Y.A. Cho, D.W. Kim, B.K. Min, "Printable, wide band-gap chalcopyrite thin films for power generating window applications.", Scientific reports 4:4408 (2014). 

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  12. T. Nakada, "Microstructural and diffusion properties of CIGS thin film solar cells fabricated using transparent conducting oxide back contacts.", Thin Solid Films 480-481:419-425 (2005). 

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  13. B. Hoepfner, A. Steigert, I. Lauermann, M.CH. Lux-Steiner, "Transparent back contacts for chalcopyrites: Temperature dependency of Cu diffusion into i-ZnO substrates.", EPL 109:28004 p1-5 (2015). 

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  14. C.H. Chung, K.H. Hong, D.K. Lee, J.H. Yun, Y. Yang, "Ordered Vacancy Compound Formation by Controlling Element Redistribution in Molecular-Level Precursor Solution Processed $CuInSe_2$ Thin Films.", Chem. Mater. 25:7244-7247 (2015). 

  15. H.N. Lee, W.J. Lee, J.Y. Kim, M.J. Ko, K.K. Kim, K.W. Seo, D.K. Lee, H.G. Kim, "Highly dense and crystalline $CuInSe_2$ thin films prepared by single bath electrochemical deposition.", Electrochimica Acta 87:450-456 (2013). 

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  16. N. Naghavi, D. Abou-Ras, N. Allsop, N. Barreau, S. Bucheler, A. Ennaoui, C.-H. Fischer, C. Guillen, D. Hariskos, J. Herrero, R. Klenk, K. Kushiya, D. Lincot, R. Menner, T. Nakada, C. Platzer-Bjorkman, S. Spiering, A.N. Tiwari, T. Tomdahl, "Buffer layers and transparent conducting oxides for chalcopyrite Cu(In,Ga)(S,Se)2 based thin film photovoltaics: present status and current developments.", Prog. Photovolt. 18:411-433 (2010). 

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  17. D. Hariskos, R. Menner, P. Jackson, S.Paetel, W. Witte, W. Wischmann, M. Powalla, L. Burkert, T. Kolb, M. Oertel, B. Dimmler, B. Fuchs, "New reaction kinetics for a high-rate chemical bath deposition of the Zn(S,O) Buffer layer for $Cu(In,Ga)Se_2$ -based solar cells.", Prog. Photovolt. 20:534-542 (2012). 

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  18. Taizo Kobayashi, Toyokazu Kumazawa, Zacharie Jehl Li Kao, Tokio Nakada, " $Cu(In,Ga)Se_2$ thin film solar cells with a combined ALD-Zn(O,S) buf fer and MOCVD-ZnO:B window layers.", Solar Energy Materials & Solar Cells 119:129-133 (2013). 

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  19. H. Hagendorfer, K. Lienau, S. Nishiwaki, C. M. Fella, L. Kranz, A. R. Uhl, D. Jaeger, L. Luo, C. Gretener, S. Buecheler, Y. E. Romanyuk, A. N. T iwari, "Highly Transparent and Conductive ZnO:Al Thin Films from a Low Temperature Aqueous Solution Approach.", Adv. Mater. 26:632-636 (2014). 

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  20. C.H. Chung, T.B. Song, B. Bob, R. Zhu, H.S. Duan, Y. Yang, "Silver Nanowire Composite Window Layers for Fully Solution-Deposited Thin-Film Photovoltaic Devices.", Adv. Mater. 24:5499-5504 (2012). 

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