[논문]수소화된 비정질 탄소 반사방지 코팅층이 염료감응형 태양전지의 효율에 미치는 영향

송재실; 김남훈; 박용섭

doi:10.4313/jkem.2019.32.4.281

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Raman spectra of a-C:H thin films deposited with an unbalanced magnetron sputtering system showed that the G peak shifted to a higher wavenumber as the target power density increased and $I_D/I_G$ ratio increased from 0.902 to 1.012. Moreover, the transmittance of a-C:H films fabricated a...

Raman spectra of a-C:H thin films deposited with an unbalanced magnetron sputtering system showed that the G peak shifted to a higher wavenumber as the target power density increased and $I_D/I_G$ ratio increased from 0.902 to 1.012. Moreover, the transmittance of a-C:H films fabricated at 60 nm tended to decrease with increasing target power density; at 550 nm in the visible light region, the transmittance decreased from 69% to 58%. The rms surface roughness values of the a-C:H thin films decreased with increasing target power density, and varied from 1.11 nm to 0.71 nm. In order to achieve efficient light trapping, the light scattering at the rough interface must be enhanced. Consequently, the surface roughness of the thin film will decrease with the target power density. Further, the refractive index and reflectivity of the a-C:H thin films increased with increasing target power density; however, the Brewster angle decreased with the target power density. Hence, dye-sensitized solar cells using an a-C:H antireflective coating increased the CE, $V_{OC}$, and $J_{SC}$ by approximately 8.6%, 5.5%, and 4.5%, respectively.

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표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Characteristics of DSSC using a-C:H AR coating films fabricated with various target power densities.
그림 Fig. 2. Transmittance of a-C:H thin films fabricated with various target power densities.
표 Table 1. Electrical characteristics of DSSC using a-C:H AR coating films fabricated with various target power densities.
그림 Fig. 3. 3D images of a-C:H thin film fabricated at the conditions (a) 20 W/cm², (b) 29 W/cm² target power densities, and (c) Rms surface roughness of a-C:H thin films fabricated with various target power densities.
그림 Fig. 4. (a) Raman spectra of a-C:H thin films fabricated with various target power densities and (b) the results of gaussian Raman fitting (G peak position and I_D/I_G ratio).
$Fig. 5. Refractive index, reflection, and brewster’s angle values of a-C:H thin films fabricated with various target power densities.$ 그림 Fig. 5. Refractive index, reflection, and brewster’s angle values of a-C:H thin films fabricated with various target power densities.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 태양전지의 효율을 향상시키고 소자의 안정성 문제를 해결하며 입사광의 흡수를 증가시키고 빛을 셀로 효율적으로 전달하기 위해, 광 트래핑(lighttrapping) 효과를 이용하여 셀 효율을 향상시키기 위한 시도를 하고자 하였다. 광 트랩핑 개선을 위한 방안으로 작업 전극의 상단에 실리콘과 가장 유사한 수소화된 비정질 탄소(다이아몬드상 탄소, a-C:H, DLC) 박막을 반사방지 코팅 소재로 제안하였다 [10,11].

제안 방법

본 연구에서는 태양전지의 효율을 향상시키고 소자의 안정성 문제를 해결하며 입사광의 흡수를 증가시키고 빛을 셀로 효율적으로 전달하기 위해, 광 트래핑(lighttrapping) 효과를 이용하여 셀 효율을 향상시키기 위한 시도를 하고자 하였다. 광 트랩핑 개선을 위한 방안으로 작업 전극의 상단에 실리콘과 가장 유사한 수소화된 비정질 탄소(다이아몬드상 탄소, a-C:H, DLC) 박막을 반사방지 코팅 소재로 제안하였다 [10,11]. 본 연구에서 a-C:H 박막을 증착하기 위해 아세틸렌(C₂H₂) 가스를 반응가스로 사용하였고, 대면적, 고속 증착이 가능한 비대칭 마그네트론 스퍼터링 시스템(unbalanced magnetronsputtering system, UBMS)을 사용하여 타겟 전력밀도의 증가에 따라 증착된 a-C:H 박막을 증착하였고[12,13].
광 트랩핑 개선을 위한 방안으로 작업 전극의 상단에 실리콘과 가장 유사한 수소화된 비정질 탄소(다이아몬드상 탄소, a-C:H, DLC) 박막을 반사방지 코팅 소재로 제안하였다 [10,11]. 본 연구에서 a-C:H 박막을 증착하기 위해 아세틸렌(C₂H₂) 가스를 반응가스로 사용하였고, 대면적, 고속 증착이 가능한 비대칭 마그네트론 스퍼터링 시스템(unbalanced magnetronsputtering system, UBMS)을 사용하여 타겟 전력밀도의 증가에 따라 증착된 a-C:H 박막을 증착하였고[12,13]. 이를 반사방지막으로 사용하여 제작한 염료감응형 태양전지의 셀 특성들을 고찰하였다.

대상 데이터

작업 전극 제작을 위해 세척된 불소가 도핑된 이산화주석(FTO, Solaronix, 면저항 8 Ω/㎝, 두께 130nm, 1.5 cm × 2 cm) 유리에 13 nm TiO₂ 나노 입자(solaronix)를 갖는 슬러리를 0.25 cm²의 활성 영역에 닥터블레이드법으로 코팅하고 60분 동안 550℃의 온도에서 소결하여 약 10 μm의 두께의 나노 결정질 TiO₂박막을 제작하였다. 작업 전극 상부에 60 nm의 a-C:H박막 증착을 위해 2개의 99.

데이터처리

a-C:H 박막의 구조적 특성은 라만 분광법(JobinYvon, LabRamHr; excitation wavelength of 514nm)을 이용하였고, a-C:H 박막의 광투과도는 UV/Vis분광 광도계(S-2100, SCINCO)를 이용하였다. 또한 박막의 굴절률 값은 분광 엘립소미터를 사용하였으며, a-C:H박막의 표면은 AFM (Atomic force microscope, AFM;PSIA corp.
a-C:H 박막의 구조적 특성은 라만 분광법(JobinYvon, LabRamHr; excitation wavelength of 514nm)을 이용하였고, a-C:H 박막의 광투과도는 UV/Vis분광 광도계(S-2100, SCINCO)를 이용하였다. 또한 박막의 굴절률 값은 분광 엘립소미터를 사용하였으며, a-C:H박막의 표면은 AFM (Atomic force microscope, AFM;PSIA corp., XE-200)을 이용하여 분석하였다. 염료감응형 태양전지 셀의 광전류-전압 특성 평가는 solarsimulator (Abet Technologies, 300W Xe 램프 AM1.
, XE-200)을 이용하여 분석하였다. 염료감응형 태양전지 셀의 광전류-전압 특성 평가는 solarsimulator (Abet Technologies, 300W Xe 램프 AM1.5)를 이용하여 고찰하였다.

성능/효과

그림 3은 AFM에 의해 측정된 a-C:H 박막의 표면거칠기 3D 이미지와 값의 변화를 나타낸다. a-C:H 박막의 표면 거칠기 값은 타겟 전력밀도 증가에 따라 감소되었으며, Rms 표면 거칠기 값이 1.11 nm에서 0.71 nm까지 변화하였다. 타겟 전력밀도 증가는 타겟전류(target current)의 증가를 의미하며, 이는 결과적으로 기판에 도달되는 이온들의 비율을 증가시킨다.
2°의 값을 나타냈다. 또한 타겟 전력밀도 증가에 따라 a-C:H 박막의 굴절률과 반사도는 각각 증가하였고, 그러나 brewster’s각은 타겟 전력밀도에 따라 그 값이 감소하였다. 일반적으로, brewster’s 각의 경우 셀 내부로 들어오는 입사광을 포획하고 흡수를 증가시켜 효율적으로 빛을 셀로 전달하는 역할을 한다.
비대칭 마그네트론 스퍼터링 시스템으로 증착한 a-C:H박막의 경우 Raman 스펙트라 분석 결과 G 피크는 타겟 전력밀도가 증가함에 따라 높은 주파수 범위로 이동하였으며, I_D/I_G비율은 0.902에서 1.012로 증가하였다. 또한 60 nm로 제작된 a-C:H 막의 투과율은 타겟전력밀도가 증가함에 따라 다소 감소하는 경향을 나타내었고, 550 nm 영역에서 가시광선 투과율은 69%에서 58%로 감소했다.
012로 증가하였다. 또한 60 nm로 제작된 a-C:H 막의 투과율은 타겟전력밀도가 증가함에 따라 다소 감소하는 경향을 나타내었고, 550 nm 영역에서 가시광선 투과율은 69%에서 58%로 감소했다. a-C:H 박막의 표면 거칠기 값은 타겟 전력밀도 증가에 따라 감소되었으며, Rms 표면 거칠기 값이 1.
71 nm까지 변화하였다. 광트래핑을 효율적으로 달성하기 위해서는 거친 경계 면에서 빛의 산란을 증가시켜야 하는데, 결과에서 보듯이, 타겟 전력밀도에 따라 박막의 표면 거칠기 값이 감소되었다. 또한 타겟 전력밀도 증가에 따라 a-C:H 박막의 굴절률과 반사도는 각각 증가하였고, 그러나 brewster’s각은 타겟 전력밀도에 따라 그 값이 감소하였다.
또한 타겟 전력밀도 증가에 따라 a-C:H 박막의 굴절률과 반사도는 각각 증가하였고, 그러나 brewster’s각은 타겟 전력밀도에 따라 그 값이 감소하였다. 결과적으로 20 W/cm²에서 제작된 a-C:H 반사방지 코팅을 사용한 염료감응형 태양전지는 CE, Voc 및 Jsc는 각각약 8.6%, 5.5%, 및 4.5% 증가했다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	SiO의 대체 물질로 많이 사용되는 것은?	그러나 가시광선 파장 영역에서 흡광 특성을 갖기때문에 태양광을 100% 투과시키지 못하며, 물질 자체에서 일부 흡수되어 손실이 생긴다. 또한, Si3N4와Al2O3는 가시광선 영역에서 빛을 흡수하지 않고, 굴절률이 1.8~2.
	반사방지막 재료로 쓰이는 SiO의 한계점은?	9의 굴절률로 반사율은 1% 미만으로 작은 장점을 가지고 있다. 그러나 가시광선 파장 영역에서 흡광 특성을 갖기때문에 태양광을 100% 투과시키지 못하며, 물질 자체에서 일부 흡수되어 손실이 생긴다. 또한, Si3N4와Al2O3는 가시광선 영역에서 빛을 흡수하지 않고, 굴절률이 1.
	반사방지막은 무엇인가?	그러나 여전히 낮은 효율과 장기간 안정성이 문제되고있다 [6-9]. 태양전지의 효율을 향상시키는 방안으로 반사방지막(anti-reflective coating, AR coating)을사용하고 있는데, 반사방지막은 빛의 굴절률이 서로 다른 두 매질 사이의 계면에서 반사되지 않고 투과 또는 흡수되도록 돕는 막을 말한다. 렌즈나 프리즘 등에서 표면 반사를 작게 하여 투과되는 빛의 세기를 증가시키며, 반사효과로 인해 산란광을 제거할 수 역할을 한다.

참고문헌 (19)

L. H. Guo and N. Qu, Anal. Chem., 78, 6275 (2006). [DOI:https://doi.org/10.1021/ac060351h]

상세보기
W. Lohmann and U. Karst, Anal. Chem., 79, 6831 (2007). [DOI: https://doi.org/10.1021/ac071100r]

상세보기
M. Dequaire, B. Limoges, J. Moiroux, and J. M. Saveant, J. Am. Chem. Soc., 124, 240 (2002). [DOI: https://doi.org/10.1021/ja0170706]

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F. C. Walsh, Pure Appl. Chem., 73, 1819 (2001). [DOI: https://doi.org/10.1351/pac200173121819]

상세보기
Z. Dai, F. Yan, J. Chen, and H. Ju, Anal. Chem., 75, 5429 (2003). [DOI: https://doi.org/10.1021/ac034213t]

상세보기
N. G. Park and K. Kim, Phys. Status Solidi A, 205, 1895 (2008). [DOI: https://doi.org/10.1002/pssa.200778938]

상세보기
B. O'Regan and M. Gratzel, Nature, 353, 737 (1991). [DOI:https://doi.org/10.1038/353737a0]

상세보기
H. Greijer, L. Karlson, S. E. Lindquist, and A. Hagfeldt, Renewable Energy, 23, 27 (2001). [DOI: https://doi.org/10.1016/s0960-1481(00)00111-7]

상세보기
F. Gao, Y. Wang, D. Shi, J. Zhang, M. Wang, X. Jing, R. Humphry-Baker, P. Wang, S. M. Zakeeruddin, and M. Gratzel, J. Am. Chem. Soc., 130, 10720 (2008). [DOI: https://doi.org/10.1021/ja801942j]

상세보기
F. F. Sizov, N. I. Klyui, A. N. Luk'yanov, R. K. Savkina, A. B. Smirnov, and A. Z. Evmenova, Tech. Phys. Lett., 34, 377 (2008). [DOI: https://doi.org/10.1134/s1063785008050052]

상세보기
N. I. Klyui, V. G. Litovchenko, A. G. Rozhin, V. N. Dikusha, M. Kittler, and W. Seifert, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 72, 597 (2002). [DOI: https://doi.org/10.1016/s0927-0248(01)00209-4]

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O. A. Hamadi, M. K. Khalaf, F. J. Kadhim, and B. T. Chiad, Bulg. J. Phys., 41, 24 (2014).
P. J. Kelly and R. D. Arnell, Vacuum, 56, 159 (2000). [DOI:https://doi.org/10.1016/s0042-207x(99)00189-x]

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T. You, O. Niwa, Z. Chen, K. Hayashi, M. Tomita, and S. Hirono, Anal. Chem., 75, 5191 (2003). [DOI: https://doi.org/10.1021/ac034204k]

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V. Kulikovsky, P. Bohac, F. Franc, A. Deineka, V. Vorlicek, and L. Jastrabik, Diamond Relat. Mater., 10, 1076 (2001). [DOI: https://doi.org/10.1016/s0925-9635(00)00525-2]

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A. Czyzniewski, Thin Solid Films, 433, 180 (2003). [DOI:https://doi.org/10.1016/s0040-6090(03)00324-9]

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A. Grill, Surf. Coat. Technol., 94, 507 (1997). [DOI: https://doi.org/10.1016/s0257-8972(97)00458-1]

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A. Grill, Thin Solid Films, 355, 189 (1999). [DOI: https://doi.org/10.1016/s0040-6090(99)00516-7]

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C. H. Kiang, W. A. Goddard III, R. Beyers, and D. S. Bethune, Carbon, 33, 903 (1995). [DOI: https://doi.org/10.1016/0008-6223(95)00019-a]

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