초록 ▼

◦ 폴리머 기판 적용 R2R 공정기반 대면적 CIGS 박막 태양전지 제조기술 개발
- 폴리이미드 기판 적용 CIGS 박막태양전지 고효율화 기술개발
: 저온 3-stage CIGS 성막기술, NaF, KF 및 기타 알칼리 원소 도핑기술, Lift-off 폴리이미드 기판 적용기술 → 셀효율 20.4%(≥ 0.5 cm²) 달성
- 대면적 플렉서블 CIGS 박막태양전지 양산 기술개발
: 대면적 CIGS 박막 성막기술, CdS/iZnO 및 금속전극 구조 최적화, 대면적 플렉서블 박막태양전지 모듈화 기술,

◦ 폴리머 기판 적용 R2R 공정기반 대면적 CIGS 박막 태양전지 제조기술 개발
- 폴리이미드 기판 적용 CIGS 박막태양전지 고효율화 기술개발
: 저온 3-stage CIGS 성막기술, NaF, KF 및 기타 알칼리 원소 도핑기술, Lift-off 폴리이미드 기판 적용기술 → 셀효율 20.4%(≥ 0.5 cm²) 달성
- 대면적 플렉서블 CIGS 박막태양전지 양산 기술개발
: 대면적 CIGS 박막 성막기술, CdS/iZnO 및 금속전극 구조 최적화, 대면적 플렉서블 박막태양전지 모듈화 기술, 서브모듈 기반의 패키징 기술 개발 → 서브모듈 13.0%(≥ 25 cm²) 달성
- BIPV 적용을 위한 고내구성 패키징 기술개발 및 건축물 적용성/환경성 분석
: 저온 Ag paste를 활용한 인터커넥션 공정 및 수분차단막 성막기술 → 굽힘 시험(R 75mm, 1,000회) 후 효율 감소 10% 이내 달성
: 경량 플렉서블 재료를 이용한 패키징 공정개발 → 고온/고습 시험(80℃/85%, 1,000시간) 후 효율 감소 15% 수준 달성

◦ CIGS 박막 태양전지 무독성 버퍼층 및 투명전극 기술개발
- 스퍼터링을 이용한 Zn(O,S) 박막의 90.3% 평균광투과율 (400-1000nm) 달성 및 O/S 조성제어를 통한 이종접합 에너지준위 최적화 (ΔEc, ΔEv (ZnO 기준) ≥ 0.8 eV 달성)
- 초음속 스프레이를 이용한 금속 나노선 기반의 투명전극 증착기술 개발 → grid 없는 셀효율 10.4% 달성

◦ 폴리머 기판 적용 2-step CIGS 박막 태양전지 제조기술 개발
- CIGS 광흡수층 증착을 위한 금속 전구체 형성기술 및 2-step CIGS 저온결정화기술 개발
: 전구체 물질, 조성 및 Na 알칼리 첨가를 통한 전구체 구조 최적화와 RTP를 이용한 셀렌화 열처리 공정기술 개발 → 500℃이하 공정에서 셀효율 12.9% 달성
- PI 기판 적용 플렉서블 CIGS 박막태양전지 제조기술 개발
: 플렉서블 기판 제어, 후면전극 최적화, 이동원 도핑 기술, Zn(O,S) 버퍼층 적용 → 플렉서블 셀효율 12.0% 달성

◦ 비접촉식 플렉서블 미세가공 공정 고도화 및 투광형 모듈 기술개발
- 레이저 미세가공 공정 플랫폼 구축 및 가공공정 고도화 → 25 cm² 면적에서 하부전극, 광흡수층, 및 상부전극을 75um 이하의 패턴으로 가공 및 P1 저항 1 MΩ 이상, P3 저항 40 kΩ 이상을 가지는 스크라이빙 기술개발
- 단일집적 모듈화 기술개발 → 유리기판의 단일직접 미니모듈에서 dead zone폭 194 μm 및 CTM loss 16% 및 PI 기판 기반 dead zone 폭 167 μm 달성 및 17.56 cm² 모듈에서 CTM loss 35%달성
- See-through hole 개념(P4) 정립 및 투명한 TCO 후면전극의 도입과 기판 입사 가공을 도입하여 개구율 30% 및 가시광 영역에서 투광률 31%를 가지는 투광형 셀 제작

◦ 폴리머 기판 적용 CIGS 박막태양전지 손실요인 분석 플랫폼 구축
- 플렉서블 CIGS 박막 고효율화를 위한 성능평가 시스템구축
- 태양전지 소자 및 단일 층의 구조적, 광학적, 전기적 특성의 전반적인 분석 지원
- 태양전지 소자 및 모듈 문제점 진단 시스템 확립
: 다양한 분석기법을 이용하여 효율 저하시키는 defect의 분석법을 제시하며, CIGS 박막 태양전지 내에 존재하는 defect를 최소화하여 태양전지의 고효율화 달성에 기여

◦ R2R 기반 플렉서블 CIGS 박막 태양전지 파일럿모듈 개발
- 플렉서블 기판폭 600, 1,000 mm급 무카드뮴 버퍼층용 R2R ALD 장비 설계
- 플렉서블 기판폭 600, 1,000 mm급 R2R turn-key line 설계

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results
◦ Development of High-efficient large-area flexible CIGS thin-film solar cells and modules based on R2R process using polymer substrate
1. Achievement of 20.4% efficiency of small area cell (>0.5cm²)
- Development of low-temperature flexible CIGS thin film solar cell manufactur

Ⅳ. Results
◦ Development of High-efficient large-area flexible CIGS thin-film solar cells and modules based on R2R process using polymer substrate
1. Achievement of 20.4% efficiency of small area cell (>0.5cm²)
- Development of low-temperature flexible CIGS thin film solar cell manufacturing technology for polymer substrate.
2. Achievement of 16.0% efficiency of large area cell (16cm²)
- Development of module technology of large-area flexible CIGS thin film solar cell based on R2R process
3. Within 10% of efficiency degradation of flexible sub-module after flexible sub-module bending test (R 75mm, 1,000 times)
- Development of a high reliability cell integration (interconnection) technology
4. Within 10% of efficiency degradation of flexible sub-module after high temperature ∙ high humidity test (temperature 85℃, humidity 85%, 1,000 hours)
- Development of packaging technology based on lightweight flexible materials

◦ Development of colorful flexible thin film solar cells with non-toxic buffer layer
1. Improved buffer layer light transmittance
- Achieved 90.3% average light transmittance (400-1000 nm) in sp-Zn(O,S) unit thin-film
- High light transmittance through Zn(O,S) process, S/O composition ratio and thickness control
- Optimal thickness search with excellent short-circuit current density applied to solar cell devices with sp-Zn(O,S)
2. Observation and regulation of energy level
- ΔEc=0.90 and ΔEv=0.80 compared with ZnO by controlling the process conditions in sp-Zn(O,S) thin-film deposition
- Observation of interface characteristics with buffer layer by controlling composition of CIGS absorption layer
- Experimental observation of energy level change by XPS analysis
3. Manufacture of transparent electrode and metal electrode using supersonic spray
- Improvement of metal wire performance through changes in deposition operating temperature and pressure conditions
- 10.4% efficiency increase without grid through metal fiber formation
- Excellent durability of metal fiber compared to transparent oxide film by bending test

◦ Development of 2-step CIGS process for flexible thin-film solar cells on polymer films
1. Development of optimal CIGS precursor structure for absorber layer for low temperature process
- Fabrication and characterization of precursor with Sb, Ag element to improve crystal quality of CIGS absorber layer
- Fabrication and analysis of precursors with alkali metal for high-quality CIGS absorber layer
2. Development of low temperature 2-step CIGS annealing technology for absorber layer
- Fabrication and characterization of 2-step selenization/sulfurization using Se pellet
- Fabrication and characterization of selenization/sulfurization using Se layer on metal precursors
- Fabrication and analysis of selenization by active elemental Se source using Se cracker and effusion cell
3. Development of 2-step CIGS thin-film solar cell on polymer substrate
- Development of technology using metal jig and polymer varnish control technology for flexible substrate
- Achieved solar cell efficiency of 12.9% (cell area 0.55cm²) on SLG substrate using 2-step process under 500℃
- Achieved solar cell efficiency of 12.0% (cell area 0.55cm²) on polyimide substrate using 2-step process under 500℃

◦ Development of non-contact processing technology of thin films for solar modules on demand
1. Established optical system with pico/nano second laser and scanner, and obtained laser scribing technology of P1, P2 and P3 with line width less than 75 μm, P1 resistance greater than 1 MΩ, and P3 resistance greater than 40 kΩ.
2. Obtained cell processing technology for multi-layered Mo and active layer and attained cell efficiency of 18.85% on PI substrate.
3. Fabricated monolithically integrated mini-module with dead zone width of 194 μm and CTM loss of 16% on glass substrate and attained dead zone width of 167 μm CTM loss of 35% in mini-module with area of 17.56 cm² on PI.
4. Introduced a concept of semi-transparent solar cell with transparent back electrode and fabricated semi-transparent solar cell with aperture ratio of 30% and transmittance of 31%.

◦ Flexible CIGS thin film solar cell loss factor analysis and establishment of a strategy using the platform
1. Suggesting the measurement for defect hindering the efficiency by using various analysis tool from a fundamental measurement to high functional one for CIGS thin-film solar cells
2. Securing the fabrication possibility for highly efficient solar cell by minimizing the defects in CIGS thin-film solar cells
3. Securing the modulation technique and understanding the characteristics of CIGS bulk and interface
- Understanding the electrical and optical properties for CIGS pn junction

◦ Design of manufacturing facilities for flexible CIGS solar cells
1. Design of R2R ALD equipment for flexible cadmium buffer layer with 600, 1,000 mm flexible substrate width
- On roll function design by R2R continuous deposition
- Tension control design considering heat treatment unit generated in process
- Consideration of deposition precision considering pressure / precision control system in R2R process
- Tension control of shaft for control of feed rate of flexible board in R2R process
- Development of base-technology for R2R process design reflecting large-area Zn(O,S) process for Cd free buffer layer
2. Design of R2R turn-key line design with 600, 1,000 mm flexible substrate width
- Large-scale in-line mass production turn-key line technology design capable of finalizing flexible CIGS thin film solar cell through R2R process
- Review various scenarios that may occur in the process of R2R process using flexible PCB and provide optimal design to avoid it

(출처 : SUMMARY 10p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 14
• 목차 ... 15
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 16
• 제 1 절 연구개발의 목적 ... 16
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 20
• 제 3 절 연구개발의 사회문제 해결 기여도 ... 22
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 24
• 제 1 절 국내 기술개발 현황 ... 24
• 제 2 절 국내 기술개발 현황 ... 25
• 제 3 장 연구수행의 결과 및 내용 ... 31
• 제 1 절 단계 및 최종 목표 ... 31
• 제 2 절 세부 연구수행 결과 및 내용 ... 32
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 44
• 제 1 절 연구개발 목표의 달성도 ... 44
• 제 2절 평가의 착안점에 따른 목표달성도에 대한 자체평가 ... 49
• 제 3 절 정량적 연구성과 ... 54
• 제 4 절 정성적 연구성과 ... 85
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 128
• 제 1 절 후속 단계 연구의 필요성 ... 128
• 제 2 절 폴리머 기판 기반 초경량 플렉시블 CIGS 태양전지 활용분야 ... 129
• 제 3 절 사업화 추진방안 ... 130
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 131
• 제 1 절 해외 연구동향 ... 131
• 제 2 절 해외 업계동향 ... 133
• 제 7 장 참고문헌 ... 139
• 성과 정보 요약서 ... 141
• 끝페이지 ... 161