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 전망하고 있다. 특히 20% 이상의 효율을 얻기 위해서는 탠덤 구조 태양전지 개발이 필수적이라고 할 수 있으며 이를 위하여 핵심적으로 선행되어야 하는 것이 와이드 밴드갭 물질 및 태양전지 개발이다. 또한 와이드 밴드갭 태양전지는 모듈 제조시 저항

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 전망하고 있다. 특히 20% 이상의 효율을 얻기 위해서는 탠덤 구조 태양전지 개발이 필수적이라고 할 수 있으며 이를 위하여 핵심적으로 선행되어야 하는 것이 와이드 밴드갭 물질 및 태양전지 개발이다. 또한 와이드 밴드갭 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 와이드 밴드갭 CIGS 박막 제조에 대한 연구를 진행하였다.
3단계 동시 진공 증발법을 이용하여 광흡수층을 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 8.5%의 효율을 얻었다.
와이드 밴드갭 CIGS의 경우 CGS와는 달리 In과 Ga의 성분비를 조절하여 광흡수층의 밴드갭 에너지를 조절하였다. Ga의 성분비가 증가할 수록 밴드갭에너지는 증가하였고 단면미세구조에서의 결정립은 감소하였다. 태양전지를 제조하였을 때 밴드갭 에너지가 증가하면서 태양전지의 개방전압이 증가하였지만 밴드갭 에너지가 1.5 eV이상에서는 개방전압의 증가가 둔화되면서 결국 일정한 값을 나타내었다. 결국 밴드갭 에너지가 증가함에 따라 태양전지의 변환 효율은 감소하였고 밴드갭 에너지가 1.48인 태양전지의 전류 전압 곡선을 나타내고 있으며 단락전류밀도 $19.27mA/cm^2$, 개방전압 0.78 V, 충실도 60.2%, 변환효율 9.0%를 얻었다.

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 1.4- 1.8 eV, which carl 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

The most important task is to develop appropriate absorber material based on $I-III-VI_2$ chemical compound with a bandgap in the range 1.4- 1.8 eV, which carl 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. In order to increase bandgap energy of CIS-based absorbers, this year study targeted CGS $(CuGaSe_2)$ and wide-gap $CuInGaSe_2$(CIGS) which can fabricated by adjustment of Ga composition ill the CIGS layers. Our choice on fabrication process of wide bandgap absorber are co-evaporation of elements. Optimization of fabrication process for absorber layer and the other unit layers was studied by varying experimental conditions. Various properties on unit thin films were measured and analysed. The performance of final product - solar cells - was evaluated through the measurement of I-V curve. Through the set-up of fabrication equipments for wide bandgap absorber layer and optimization of fabrication process, CGS solar cells of conversion efficiency with 8.5%. and wide bandgap CIGS solar cells with 9.0% were obtained. And we formed In-based buffer layer for wide bandgap absorber.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 요약문...3
• SUMMARY...6
• CONTENTS...9
• 목차...10
• 그림목차...11
• 표목차...14
• 제 1 장 서론...15
• 제 1 절 CIS계 화합물 박막 태양전지...15
• 제 2 절 와이드 밴드갭 CIS계 화합물 박막 태앙전지 연구의 필요성...29
• 제 2 장 CIS계 화합물 박막 태양전지의 연구동향...41
• 제 1 절 고효율 CIS계 화합물 박막 태양전지모듈 연구동향...41
• 제 2 절 와이드 밴드갭 및 탠덤구조 CIS계 화합물 박막 태양전지 연구동향...55
• 제 3 장 CIS계 화합물 박막 태양전지의 제조 및 특성 평가...60
• 제 1 절 기판온도 모니터링 시스템...60
• 제 2 절 단위박막 및 태양전지 제조공정...67
• 제 3 절 태양전지 특성 평가...81
• 제 4 장 동시진공증발법을 이용한 와이드 밴드갭 CIGS 태양전지의 광전압 특성...86
• 제 1 절 CGS 박막 태양전지의 광전압 특성...86
• 제 2 절 와이드 밴드갭 CIGS 박막 태양전지의 광전압 특성...93
• 제 3 절 와이드 밴드갭 태양전지용 버퍼층 개발...100
• 제 5 장 결론...108
• 참고문헌...110