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RF 마그네트론 스퍼터링법으로 성장 된 SnS 박막의 구조적 및 광학적 특성에 대한 증착 압력의 영향
Influence of Deposition Pressure on Structural and Optical Properties of SnS Thin Films Grown by RF Magnetron Sputtering 원문보기

Current photovoltaic research = 한국태양광발전학회논문지, v.8 no.1, 2020년, pp.33 - 38  

손승익 (재료공학과, 부산대학교) ,  이상운 (재료공학과, 부산대학교) ,  손창식 (신소재공학부, 신라대학교) ,  황동현 (신소재공학부, 신라대학교)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Single-phased SnS thin films have been prepared by RF magnetron sputtering at various deposition pressures. The effect of deposition pressure on the structural and optical properties of polycrystalline SnS thin films was studied using X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microsc...

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문제 정의

  • 본 연구에서는 SnS 박막을 단일 SnS 타깃을 사용한 RF 마그네트론 스퍼터링 법으로 유리기판 상에 제조하였고, 증착 압력의 변화에 따른 구조적 및 광학적 특성을 알아보았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
원자층 증착법의 단점은 무엇인가? 63% (2014년)를 기록하였다9). 그러나 ALD 공정의 매우 낮은 박막 증착 속도는 개선되어야 할 문제점으로 지적된다10). ALD방법과 비교하여 스퍼터링 방법은 높은 증착 속도를 가짐으로써 박막 제조 공정의 시간을 현저히 낮출 수 있다.
칼코게나이드계 태양전지의 대표적인 예시는 무엇인가? 최근 고효율 저가 박막형 태양전지 동향에 따라 칼코게나이드(chalcogenide)계 태양전지가 주목받고 있다. 대표적인 칼코게나이드계 태양전지로는 CIGS (copper indium gallium selenide)및 CdTe (cadmium telluride) 기반의 박막 태양전지가 있으며, 현재까지 보고된 CIGS와 CdTe를 기반으로 하는 태양전지 소자의 최고 전력변환효율(power conversion efficiency, PCE)은 각각 22.9% (CIGS)와 21.
CIGS와 CdTe를 기반으로 하는 태양전지 소자의 최고 전력변환효율은 얼마인가? 최근 고효율 저가 박막형 태양전지 동향에 따라 칼코게나이드(chalcogenide)계 태양전지가 주목받고 있다. 대표적인 칼코게나이드계 태양전지로는 CIGS (copper indium gallium selenide)및 CdTe (cadmium telluride) 기반의 박막 태양전지가 있으며, 현재까지 보고된 CIGS와 CdTe를 기반으로 하는 태양전지 소자의 최고 전력변환효율(power conversion efficiency, PCE)은 각각 22.9% (CIGS)와 21.0% (CdTe)이다1). 하지만 4성 분계(fourcomponent system) 이상의 복잡한 물질로 구성되는 CIGS의 경우 화학량론(stoichiometry) 조성에 대한 제어의 어려움이 있고, 인듐(indium, In)과 갈륨(gallium, Ga) 원소에 대한 매장량 한계및 카드뮴(cadmium, Cd)과 셀레늄(selenium, Se)의 독성(toxicity)은 개선되어야 할 문제로 지적되고 있다.
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참고문헌 (28)

  1. Green, M. A., Hishikawa, Y., Dunlop, E. D., Levi, D. H., Hohl-Ebinger, J., Ho-Baillie, A. W. Y., "Solar cell efficiency tables (version 52)", Prog. Photovolt., Vol. 26, pp. 427-436, 2018. 

  2. Ramakrishna Reddy, K. T., Koteswara Reddy, N., Miles, R. W., "Photovoltaic properties of SnS based solar cells", Sol. Energy Mater. Sol. Cells, Vol. 90, pp. 3041-3046, 2006. 

  3. Andrade-Arvizu, J. A., Courel-Piedrahita, M., Vigil-Galan, O., "SnS-based thin film solar cells: perspectives over the last 25 years", J. Mater. Sci.: Mater. Electron., Vol. 26, pp. 4541-4556, 2015. 

  4. Minnam Reddy, V. R., Gedi, S., Park, C., Miles, R. W., Ramakrishna, R. R., "Development of sulphurized SnS thin film solar cells", Curr. Appl. Phys., Vol. 5, pp. 588-598, 2015. 

  5. Koteeswara Reddy, N., Devika, M., Gopal, E. S. R., "Review on Tin (II) Sulfide (SnS) Material: Synthesis, Properties, and Applications", Crit. Rev. Solid State Mater. Sci., Vol. 40, pp. 359-398, 2015. 

  6. Ruhle, S., "Tabulated values of the shockley -Queisser limit for single junction solar cells", Sol. Energy, Vol. 130, pp. 139-147, 2016. 

  7. Lambros, A. P., Geraleas, D., Economou, N. A., "Optical absorption edge in SnS", J. Phys. Chem. Solids, Vol. 35, pp. 537-541, 1974. 

  8. Burton, L. A., Colombara, D., Abellon, R. D., Grozema, F. C., Peter, L. M., Savenije, T. J., Dennler, G., Walsh, A., "Synthesis, characterization, and electronic structure of single-crystal SnS, Sn2S3, and SnS2", Chem. Mater., Vol. 25, pp. 4908-4916, 2013. 

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  10. Steinmann, V., Jaramillo, R., Hartman, K., Chakraborty, R., Brandt, R. E., Poindexter, J. R., Lee, Y. S., Sun, L., Polizzotti, A., Park, H. H., Gordon, R. G., Buonassisi, T., "3.88% efficient tin sulfide solar cells using congruent thermal evaporation", Adv. Mater., Vol. 26, pp. 7488-7492, 2014. 

  11. Banai, R. E., Lee, H., Motyka, M. A., Chandrasekharan, R., Podraza, N. J., Brownson, J. R. S., Horn, M. W., "Optical properties of sputtered SnS thin films for photovoltaic absorbers", IEEE J. Photovolt., Vol. 3, pp. 1084-1089, 2013. 

  12. Sousa, M. G., Da Cunha, A. F., Fernandes, P. A., "Annealing of RF-magnetron sputtered SnS2 precursors as a new route for single phase SnS thin films", J. Alloys Compd., Vol. 592, pp. 80-85, 2014. 

  13. Banai, R. E., Lee, H., Zlotnikov, S., Brownson, J. R. S., Horn, M. W., "Phase identification of RF-sputtered SnS thin films using rietveld analysis of X-ray diffraction patterns", 39th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2562-2566, 2013. 

  14. Malaquias, J., Fernandes, P. A., Salome, P. M. P., Da Cunha, A. F., "Assessment of the potential of tin sulphide thin films prepared by sulphurization of metallic precursors as cell absorbers", Thin Solid Films, Vol. 519, pp. 7416-7420, 2011. 

  15. Zhao, L. B., Di, Y. X., Yan, C., Liu, F. Y., Cheng, Z., Jiang, L. X., Hao, X. J., Lai, Y. Q., Li, J., "In situ growth of SnS absorbing layer by reactive sputtering for thin film solar cells", Rsc Adv., Vol. 6, pp. 4108-4115, 2016. 

  16. Arepalli, V. K., Kim, J., "Effect of substrate temperature on the structural and optical properties of radio frequency sputtered tin sulfide thin films for solar cell application", Thin Solid Films, Vol. 666, pp. 34-39, 2018. 

  17. Arepalli, V. K., Shin, Y., Kim, J., "Photovoltaic behavior of the room temperature grown RF-Sputtered SnS thin films", Opt. Mater., Vol. 88, pp. 594-600, 2019. 

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  19. Lokhande, A. C., Chalapathy, R. B. V., He, M., Jo, E., Gang, M., Pawar, S. A., Lokhande, C. D., Kim, J. H., "Development of Cu2SnS3 (CTS) thin film solar cells by physical techniques: A status review", Sol. Energ. Mat. Sol. C., Vol. 153, pp. 84-107, 2016. 

  20. Suryawanshi, M. P., Agawane, G. L., Bhosale, S. M., Shin, S. W., Patil, P. S., Kim, J. H., Moholkar, A. V., "CZTS based thin film solar cells: a status review", Mater. Technol., Vol. 28, pp. 98-109, 2013. 

  21. Zhang, H. X., Hong, R. J., "CIGS absorbing layers prepared by RF magnetron sputtering from a single quaternary target", Ceram. Int., Vol. 42, pp. 14543-14547, 2016. 

  22. Reddy, T. S., Kumar, M. C. S., "Co-evaporated SnS thin films for visible light photodetector applications", Rsc Adv., Vol. 6, pp. 95680-95692, 2016. 

  23. Hartman, K., Johnson, J. L., Bertoni, M. I., Recht, D., Aziz, M. J., Scarpulla, M. A., Buonassisi, T., "SnS thin-films by RF sputtering at room temperature", Thin Solid Films, Vol. 519, pp. 7421-7424, 2011. 

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  25. Huang, C. C., Lin, Y. J., Chuang, C. Y., Liu, C. J., Yang, Y. W., "Conduction-type control of SnSx films prepared by the sol-gel method for different sulfur contents", J. Alloy Compd., Vol. 553, pp. 208-211, 2013. 

  26. Chen, D., Shen, G. Z., Tang, K. B., Lei, S. J., Zheng, H. G., Qian, Y. T., "Microwave-assisted polyol synthesis of nanoscale SnSx(x1,2) flakes", J. Cryst. Growth, Vol. 260, pp. 469-474, 2004. 

  27. Kawano, K., Nakata, R., Sumita, M., "Effects of Substrate-Temperature on Absorption-Edge and Photocurrent in Evaporated Amorphous SnS2 Films", J. Phys. D. Appl. Phys., Vol. 22, pp. 136-141, 1989. 

  28. Sinsermsuksakul, P., Heo, J., Noh, W., Hock, A. S., Gordon, R. G., "Atomic Layer Deposition of Tin Monosulfide Thin Films", Adv. Energy Mater., Vol. 1, pp. 1116-1125, 2011. 

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