초록 ▼

태양전지 시장의 급속한 성장으로 인한 실리콘 원재료의 부족은 박막형 태양전지의 중요성을 더욱더 부각시키고 있다. CIS계 화합물 박막형 태양전지는 물질 자체가 가지는 태양전지 광흡수층으로서의 장점들로 인하여 매우 높은 효율을 보고하고 있어 기존의 발전방식과 가격경쟁력을 가질 수 있을 것으로 전망하고있다. 특히 20% 이상의 효율을 얻기 위해서는 텐덤 구조 태양전지 개발이 필수적이라고 할 수 있으며 이를 위하여 핵심적으로 선행되어야 하는 것이 Wide bandgap 물질 및 태양전지 개발이다. 또한 Wide bandgap 태양전지는

태양전지 시장의 급속한 성장으로 인한 실리콘 원재료의 부족은 박막형 태양전지의 중요성을 더욱더 부각시키고 있다. CIS계 화합물 박막형 태양전지는 물질 자체가 가지는 태양전지 광흡수층으로서의 장점들로 인하여 매우 높은 효율을 보고하고 있어 기존의 발전방식과 가격경쟁력을 가질 수 있을 것으로 전망하고있다. 특히 20% 이상의 효율을 얻기 위해서는 텐덤 구조 태양전지 개발이 필수적이라고 할 수 있으며 이를 위하여 핵심적으로 선행되어야 하는 것이 Wide bandgap 물질 및 태양전지 개발이다. 또한 Wide bandgap 태양전지는 모듈 제조시 저항에 의한 손실을 줄일 수 있기 때문에 단일접합 태양전지로도 매우 중요한 의미를 가진다.
본 연구에서는 CIS계 chalcopyrite 물질에서 In을 Ga으로 치환한 $CuGaSe_2(CGS)$와 Al을 첨가한 $CuInAlSe_2(CIAS)$ 박막 제조에 대한 연구를 진행하였다. CGS 박막의 경우 3단계 동시 진공 증발법을 이용하여 제조하였다. 특히 기판 온도를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 시스템을 적용하여 기판온도의 변화를 통하여 박막의 조성을 감지하고 증착시간을 결정함으로써 연구의 재현성을 확보하였고 결정립이 매우 큰 박막을 얻을 수 있었다. 재현성이 확보되었다는 것은 박막의 조성 조절이 용이하다는 것을 의미하며, Cu/Ga 비에 따른 박막의 미세구조 및 태양전지의 광전압 특성을 분석하였다. 그 결과 최적의 조건에서 7.3%의 효율을 얻었다.
CIAS 박막의 경우 스퍼터링 방법으로 금속 전구체를 증착하고 Se 분위기에서 열처리하는 2단계 공정을 통하여 박막을 제조 하였다. Al 조성이 증가할수록 밴드갭 에너지가 증가하여 wide bandgap 물질은 제조 할 수 있었으나 균일한 미세구조를 얻지는 못 하였다.

Abstract ▼

The most important task is to develop appropriate absorber material based on $I-III-VI_2$ chemical compound with a bandgap in the range 1.6 - 1.8 eV, which can be used for thin film solar cells which has the same typical structure as low bandgap(about 1.0 eV) solar cells - $Glass/Mo/

The most important task is to develop appropriate absorber material based on $I-III-VI_2$ chemical compound with a bandgap in the range 1.6 - 1.8 eV, which can be used for thin film solar cells which has the same typical structure as low bandgap(about 1.0 eV) solar cells - $Glass/Mo/CIS(CuInSe_2)/CdS/ZnO/Al$.
As a candidate absorber material, this first year study targeted CGS $(CuGaSe_2)$ which can be compatible with CIS$(CuInSe_2)$, the most typical low bandgap material. Our choice on fabrication process of wide bandgap absorber are co-evaporation of elements or two step process, which consist of sputtering of metal element and selenization.
Through the set-up of fabrication equipments for wide bandgap absorber layer and optimization of fabrication process for $CuGaSe_2$ solar cells, we obtained conversion efficiency 7.3%. (cell area : 0.251 $cm^2$) And we fabricated $CuInAlSe_2$ film by sputtering of precursor and selenization process.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 6
• 목차 ... 10
• 제 1 장 서론 ... 15
• 제 1 절 Cu계 I-III-VI₂화합물 박막 태양전지 ... 15
• 제 2 절 Cu계 I-III-VI₂화합물 박막 태양전지 연구의 필요성 ... 21
• 제 3 절 Wide bandgap Cu계 I-III-VI₂화합물 박막 태양전지 연구의 필요성 ... 28
• 제 2 장 Cu 계 I-III-VI₂화합물 박막 태양전지의 연구동향 ... 38
• 제 1 절 Cu계 I-III-VI₂화합물 박막 태양전지 제조 공정 ... 38
• 제 2 절 고효율 Cu계I-III-VI₂화합물 박막 태양전지모듈 연구동향 ... 47
• 제 3 절 Wide bandgap 및 텐덤구조 Cu계 I-III-VI₂화합물 박막 태양전지 연구동향 ... 52
• 제 3 장 동시진공증발법을 이용한 CuGaSe₂광흡수층의 제조 및 태양전지의 광전압 특성 ... 58
• 제 1 절 태양전지 제조 공정 및 기판 온도 모니터링 시스템 ... 58
• 제 2 절 Cu/Ga 조성비에 따른CuGaSe₂박막의 미세구조 특성 ... 78
• 제 3 절 Cu/Ga 조성비에 따른 태양전지 광전압 특성 ... 86
• 제 4 장 스퍼터링 및 셀렌화 공정을 이용한 CuInAlSe₂광흡수층의 제조 ... 91
• 제 1 절 스퍼터링 및 셀렌화 공정 ... 91
• 제 2 절 제조조건에 따른 CuInAlSe₂박막의 특성 ... 98
• 제 5 장 결론 ... 111
• 참고문헌 ... 112
• 서지정보양식 ... 113
• BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET ... 114