[논문]Polyimide 기판을 이용한 Flexible CIGS 박막 태양전지 제조

정승철; 안세진; 윤재호; 곽지혜; 김도진; 윤경훈

Polyimide 기판을 이용한 Flexible CIGS 박막 태양전지 제조
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정승철 (한국에너지기술연구원 태양광연구단, 충남대학교) , 안세진 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) , 윤재호 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) , 곽지혜 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) , 김도진 (충남대학교 재료공학과) , 윤경훈 (한국에너지기술연구원 태양광연구단)

In this study, we fabricated the $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) thin-film solar cells by using a polyimide substrate. The CIGS thin-film was deposited on Mo coated polyimide substrate by a 3-stage co-evaporation technique. Because the polyimide shows thermal transformation at about $400^{\circ}C$, the substrate temperature of co-evaporation process was set to below $400^{\circ}C$. Corresponding solar cell showed a conversion efficiency of 7.08 % with $V_{OC}$ of 0.58 V, $J_{SC}$ of 24.99 $mA/cm^2$ and FF of 0.49.

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문제 정의

본 연구에서는 polyimide 기판을 이용하여 CIGS 박막 태양전지를 제조하고 광전압 특성을 평가하였다. 그 결과 개방전압 0.
본 연구에서는 다양한 기판 소재 중에서 Polyimide를 기판소재로 선정한 후, 이를 이용하여 CIGS 박막 태양전지를 제조하고자 하였다.

제안 방법

Polyimide는 보통 400℃ 이상에서 열변형이 일어나므로, 본 실험에서는 CIGS 공정인 동시증발법의 기판온도를 400℃ 이하로 설정하였다.
먼저 polyimide 기판위에 이중층의 Mo 후면전극을 DC sputtering으로 증착한 후, 동시증발법을 이용하여 CIGS 박막을 증착한다.
태양전지의 광전압 특성은 솔라 시뮬레이터를 이용하여 AM 1.5G, 100 mW/cm2 , 25 ℃ 조건에서 측정하였다.

성능/효과

Polyimide 기판을 사용할 경우 유리 기판에 비해 거의 모든 광전류 특성 파라미터가 낮아진 것을 확인하였는데, 이는 특히 CIGS 증착을 저온공정으로 설계하여 태양전지 특성에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 추가적인 실험을 통하여 기판의 열변형을 최적화 되고, Na 확산 공정이 추가된다면 태양전지의 특성이 크게 향상될 것으로 기대된다.
본 연구에서는 polyimide 기판을 이용하여 CIGS 박막 태양전지를 제조하고 광전압 특성을 평가하였다. 그 결과 개방전압 0.58 V, 단락전류밀도 24.99 mA/cm² , 충실도 0.49, 변환효율 7.08 %를 갖는 태양전지를 제조할 수 있었다.

후속연구

그 이유는 플렉서블 태양전지의 단위 무게당 높은 전력 생산량 (W/kg) 및 롤투롤 공정 적용에 의한 낮은 가격을 들 수 있다. 이를 통해 복잡한 모양을 구조물, 우주선, 군사용 및 포터블 전자제품의 전원 등 다양한 용도로의 적용이 기대된다.
Polyimide 기판을 사용할 경우 유리 기판에 비해 거의 모든 광전류 특성 파라미터가 낮아진 것을 확인하였는데, 이는 특히 CIGS 증착을 저온공정으로 설계하여 태양전지 특성에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 추가적인 실험을 통하여 기판의 열변형을 최적화 되고, Na 확산 공정이 추가된다면 태양전지의 특성이 크게 향상될 것으로 기대된다.

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