초록 ▼

□ 연구개요
본 과제에서 제안한 개발 기술은 친환경적(무독성)이며 범용 원소(earth-abundant) 들로 이루어진 이원계 칼코젠화 주석(TIn chalcogenide) 화합물 광흡수층 제작과 Cd-free 버퍼층을 기반으로 한 박막 태양전지에 대한 원천 기술임. 이를 위해 화학기상증착법을 이용하여 태양전지 소자 광흡수층으로 사용하기 위한 SnS 박막을 증착하고, 후열처리 과정을 도입하여 박막의 결정성장을 유도하였음. 이후, Cd-free 버퍼층을 위하여 ALD 기법을 통해 Zn(O,S) 박막을 증착하는 실험을 진행하였고,

□ 연구개요
본 과제에서 제안한 개발 기술은 친환경적(무독성)이며 범용 원소(earth-abundant) 들로 이루어진 이원계 칼코젠화 주석(TIn chalcogenide) 화합물 광흡수층 제작과 Cd-free 버퍼층을 기반으로 한 박막 태양전지에 대한 원천 기술임. 이를 위해 화학기상증착법을 이용하여 태양전지 소자 광흡수층으로 사용하기 위한 SnS 박막을 증착하고, 후열처리 과정을 도입하여 박막의 결정성장을 유도하였음. 이후, Cd-free 버퍼층을 위하여 ALD 기법을 통해 Zn(O,S) 박막을 증착하는 실험을 진행하였고, 광흡수층과 하부전극 계면의 재결합 방지를 위한 passivation layer로 Al2O3와 SnO2를 사용하여 그 효과를 확인하였음. 최종적으로, SnS/Zn(O,S) 구조를 가지는 태양전지 소자로 2.5%의 광전변환효율을 달성함.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구진이 제안한 세부목표 및 달성결과는 다음과 같음.
1. Cd-free 버퍼층의 증착과 물성 개선
▸ ALD 방식을 통해 Zn(O,S) 버퍼층을 증착하였고, 해당 박막의 특성을 분석하여 버퍼층으로 사용이 적합함을 확인하였음. 조성 조절 공정 기술을 확보하였음.
▸ ALD 공정에서 cycle 비율 조절을 통해 Zn(O,S) 조성 조절 공정 기술을 확보하였고, 이를 통해 자유자재로 박막의 에너지밴드 구조 조절이 가능하게 되었음.
▸ ALD 공정을 통해 SnS, SnSe 표면 passivation을 위해 Al2O3, SnO2 초박막 산화층을 증착하여 실제로 효율 개선에 도움이 됨을 확인하였음.
2. SnS, SnSe 광흡수층 증착과 특성 개선, 태양전지 제조 및 특성 분석
▸ 화학기상증착법을 통해 SnS 박막을 증착하였고, 미세한 전구체 유량 조절을 통해서 단일상의 SnS 박막 형성에 성공하였음.
▸ 증착 후 다양한 열처리방식을 도입하여 결정성장 및 결함제어에 대한 연구를 진행하였음.
▸ 광전기적 특성 분석을 통해서 박막의 밴드갭, 전기전도도 및 전하농도에 대해 분석하고 광흡수층으로서 적합도 여부에 대해서 평가하였음.
▸ 기존 CdS 버퍼층을 사용하여 태양전지 소자를 제작하여 태양전지로 구동함을 확인하였고, 이후 Zn(O,S) 버퍼층으로 대체하여 2.5% 효율의 광전변환소자를 제작하였음.

□ 연구개발결과의 중요성
본 과제를 통해 얻은 연구개발결과의 의의는 다음과 같음.
▸ 본 연구진이 SnS 태양전지로 2.5%라는 광전변환효율을 보고한 것은 국내에서 보고된 SnS 기반 태양전지 논문 중 2번째로 높은 효율을 보임. 세계최고효율 대비 60%의 효율을 달성
▸ SnS 및 SnSe 무기박막 태양전지에 대한 증착기술에 대한 원천기술을 확보함. 2차상이 존재하지 않는 SnS 박막 합성에 대한 기술과, 독자적 후열처리 공정 개발 및 칼코지나이드 기반 화합물에 대한 물성제어 기술을 확보함.
▸ ALD를 통한 비카드뮴계 버퍼층인 Zn(O,S) 버퍼층 합성 공정에 대한 원천기술을 확보함. ZnO와 ZnS의 비율조절을 통한 박막 물성 제어 기술을 확보하였고, SnS 태양전지 뿐 아니라 전반적 태양전지 분야에 걸쳐 응용할 수 있는 기술로, 그 잠재가치가 매우 큼.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 2-1. SnS 박막의 합성 및 특성 분석 ... 6
• 2-2. SnS 태양전지 소자 제작 및 소자해석 ... 8
• 2-3. Cd-free 버퍼층의 증착 및 SnS 태양전지 소자로의 적용 ... 10
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 11
• 4. 참고문헌 ... 12
• 5. 연구성과 ... 12
• 대표적 연구실적 ... 25
• 끝페이지 ... 42