초록 ▼

친환경 에너지 연구에 대한 관심과 중요성이 증가하면서 태양전지를 이용한 에너지의 생산이 전 세계적으로 크게 주목받고 있다. 태양의 빛을 전기에너지로 변환하는 기술은 실리콘 기반 태양전지를 바탕으로 많이 보편화 되어 있다. 그러나 실리콘 태양전지의 과잉공급과 원재료인 실리콘의 수요 불균형은 가격상승의 결과를 초래하였으며 차세대 태양전지의 개발 필요성을 대두시켰다. CIGS (Cu(In,Ga)Se2)는 현재 높은 상용화 가능성과 고효율 박막 태양전지의 제조에 있어 응용 물질로 많은 주목을 받고 있다. 하지만 CIGS 박막 태양전지에 사

친환경 에너지 연구에 대한 관심과 중요성이 증가하면서 태양전지를 이용한 에너지의 생산이 전 세계적으로 크게 주목받고 있다. 태양의 빛을 전기에너지로 변환하는 기술은 실리콘 기반 태양전지를 바탕으로 많이 보편화 되어 있다. 그러나 실리콘 태양전지의 과잉공급과 원재료인 실리콘의 수요 불균형은 가격상승의 결과를 초래하였으며 차세대 태양전지의 개발 필요성을 대두시켰다. CIGS (Cu(In,Ga)Se2)는 현재 높은 상용화 가능성과 고효율 박막 태양전지의 제조에 있어 응용 물질로 많은 주목을 받고 있다. 하지만 CIGS 박막 태양전지에 사용되는 CdS (Cadmium Sulfide) 버퍼층의 경우, 화학용액증착법 (Chemical Bath Deposition; CBD)으로 제조되기 때문에 중금속 물질인 카드뮴의 독성 오폐수 처리와 환경오염 문제를 발생시킨다. 따라서 기존의 화학습식법에서 발생하는 공정상 문제를 원천적으로 제거할 수 있는 공정기술 개발이 요구되며, 궁극적으로 카드뮴의 독성이 제거된 Cd-free 버퍼층에 대한 기초물성연구와 제조공정 기술에 대한 연구 또한 필요하다.
본 과제에서는 현재 사용되고 있는 CdS 버퍼층의 제조공정에서 발생되는 문제점을 해결하기 위해 물리적 박막 증착법인 고주파 라디오 (Radio Frequency; RF) 마그네트론 스퍼터링 (Magnetron Sputtering)법을 사용하여 공정기술의 개선방안을 모색하였다. 새로운 버퍼층에 관한 연구를 수행하기 위해 넓은 밴드 갭을 갖는 ZnS, ZnSe, In2S3, InSe 등의 재료를 사용하여 단파장대의 빛 전송 능력을 향상시키고 카드뮴의 독성 문제를 해결하여 기존의 CdS 버퍼층과 비슷하거나 우수한 성능을 지닌 대체 버퍼층의 개발과 공정기술을 확보하였다. 나아가 CIGS 흡수층의 동시증발법 제조공정의 최대 단점인 박막 증착 후 수행되는 셀레나이제이션 과정에서의 셀레늄 독성 가스 문제를 개선하기 위한 방안으로 셀레나이제이션 공정이 필요하지 않은 단일 조성의 CIGS 타깃을 사용하여 RF 마그네트론 스퍼트링법에 의해 CIGS 흡수층을 증착하였으며, 공정변수의 정밀한 제어와 다양한 분석기법을 동원하여 최적의 제조공정기술을 구현하였다.
결과적으로, CIGS 박막 태양전지의 모듈을 구성하는 흡수층과 버퍼층 및 윈도우층을 스퍼터링법으로 증착하는 일괄진공라인 공정기술에 대한 연구개발을 성공적으로 수행하였다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 9