전자빔 조사를 통한 CIGS 박막태양전지 효율향상 및 특성개선

정채환,김재웅 한국진공학회 2015 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.2015 No.8

한국생산기술연구원의 태양광산업 인프라 구축현황 및 보유 대표기술 사례

정채환 한국태양에너지학회 2012 태양에너지 : 한국태양에너지학회지 Vol.11 No.1

태양에너지를 이용한 차세대 저가·고효율 태양전지 기술

정채환,Jeong, Chaehwan 한국진공학회 2016 진공 이야기 Vol.3 No.2

Photovoltaic technology has been intensively developed as one of the most powerful renewable energies, replacing a fossil fuel such as coal and petroleum. Every country in the world has emphasized on development of photovoltaic technology and our government has invested heavily in low cost and high efficiency. Korea institute of industrial technology (KITECH) has lastingly constructed PV R&D infra for development of cost-effective and high efficiency solar cells as well as support of commercialization in PV's small and medium enterprises. In this paper, we introduce the next generation PV R&D and infra in KITECH.

Time-dependent Effect on Electron Beam Irradiation of Cu-In-Se Precursors by Using the DC Co-sputtering Method

정채환,김진혁 한국물리학회 2012 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.61 No.1

Cu-In-Se thin precursors were prepared by using the DC co-sputtering method and were then irradiated using an in-situ electron beam (e-beam) irradiation unit, which was equipped with a cosputtering chamber. The irradiation time of the samples was varied from 0 sec to 300 sec, and the electron dose and intensity were kept constant with 200 W of RF power and 2.5 kV of DC power. As the irradiation time was increased to 300 sec, the grain size gradually increased with a few voids, and the XRD patterns showed several polycrystalline peaks of CuInSe₂ (CIS). Also, the Raman crystalline peak at 173 cm⁻¹ indicated excellent crystallinity of the CIS single phase, with a greater improvement and sharpness shown at higher irradiation times. The compositional ratio of Cu:In:Se after e-beam irradiation remained almost the same as that of the DC co-sputtered precursors. As the irradiation time was increased to 300 sec, the Hall mobility, resistivity, and carrier concentration were 0.14 cm²/Vs, 2.16 × 10⁻⁴ Ωcm, and 7 × 10²² cm⁻³, respectively. E-beam irradiation without the addition of selenium might be a good candidate as a rapid crystallization and annealing method for making Cu-In-Se precursors for the preparation of CIS absorber materials.

한국생산기술연구원 태양광 연구 인프라 및 현황

정채환,김호성 한국태양광발전학회 2016 한국태양광발전학회지 Vol.2 No.1

Improved performance of electron beam irradiated thin films for solar cell application

정채환,김재웅,천재하,윤성민,김기림,김용환 한국진공학회 2014 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.2014 No.8

플렉서블 CIGS 박막태양전지를 이용한 BIPV 연구개발 동향

정채환 대한전기학회 2017 전기의 세계 Vol.66 No.3

Fabrication of the Planar-Type CO2 Gas Sensor Using an Evaporated Li3PO4 Film and Its Sensing Characteristics

정채환,송호근,장덕례,김호성 대한금속·재료학회 2009 METALS AND MATERIALS International Vol.15 No.1

The CO2 gas sensor, based on the principle of electro-chemistry, was fabricated using the solid-electrolyte Li3PO4 film formed by a thermal evaporator and its sensing performances were studied. Thermal evaporated film was prepared with power of 10A, a working pressure of 10 -6 mTorr and thickness of 1.2 μm. Then, it was annealed at 800℃ for 2h in air. Li2TiO3+TiO2 and Li2CO3 film were prepared using a screen printing method as the reference and the sensing electrode, respectively. Li3PO4 film showed a much denser structure than bulk-type Li3PO4 in SEM images. The response and recovery characteristics were very good at the higher CO2 concentration and its value was 280 mV and changed to 260 mV in the higher CO2 environment. It was also observed that the sensitivity decreased by 98 % when the CO2 concentration increased from 250 ppm to 5000 ppm. Response time and recovery time were measured to be 5 s and 7 s, respectively. These results showed enough potential for developing a CO2 gas sensor using Li3PO4 film instead of the bulk-type. The CO2 gas sensor, based on the principle of electro-chemistry, was fabricated using the solid-electrolyte Li3PO4 film formed by a thermal evaporator and its sensing performances were studied. Thermal evaporated film was prepared with power of 10A, a working pressure of 10 -6 mTorr and thickness of 1.2 μm. Then, it was annealed at 800℃ for 2h in air. Li2TiO3+TiO2 and Li2CO3 film were prepared using a screen printing method as the reference and the sensing electrode, respectively. Li3PO4 film showed a much denser structure than bulk-type Li3PO4 in SEM images. The response and recovery characteristics were very good at the higher CO2 concentration and its value was 280 mV and changed to 260 mV in the higher CO2 environment. It was also observed that the sensitivity decreased by 98 % when the CO2 concentration increased from 250 ppm to 5000 ppm. Response time and recovery time were measured to be 5 s and 7 s, respectively. These results showed enough potential for developing a CO2 gas sensor using Li3PO4 film instead of the bulk-type.

CuInSe2 단일전구체에서 스퍼터링된 박막의 광학적, 구조적 및 전기적 특성평가

정채환(Jeong, Chaehwan),김새록(Kim, Saerok),김진혁(Kim, Jinhyeok),김광복(Kim, Kwangbok) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)박막태양전지는 간단한구조와 가격경쟁력 및 고효율화 가능성에 대한 기대감에 의해 많은 연구가 수행되어오고 있다. 특히 높은 흡수계수와 적절한 밴드갭, 큰 결정크기와 같은 물질의 특성들이 장점으로 작용하고 있기 때문이다. 또한 CIGS박막태양전지는 다른 태양전지에 비해 광열화가 적다는 장점도 가지고 있다. CIGS 박막은 CuInSe2내의 In 사이트에 Ga을 도핑함으로서 형성이 되는데 그때의 밴드갭은 약 1.4eV이며 이를 형성하기 위해 많은 방법들이 제안되고 있는데, CIGS박막 형성 시 가장 중요시 여겨야 될 인자는 구성원소로부터 최적화된 조성비를 찾는 것이다. 이러한 관점에서 볼때 evaporation법이나 sputtering법같은 진공방식의 공정법이 비진공방식에 비해 최적의 조성비를 찾는 것이 수월할 것으로 생각된다. selenization을 하기전에, 동시증착이나 다층박막형성을 통해 Cu-In-Se의 조합이 일반적으로 이루어진다. 어떤방법이든 Se의 부가적인 공급이 이루어지는데 시작 전구체의 조합에서 그 해법을 제시하는 것에 대한 논의가 많이 부족한 현실로서, CuInSe2의 단일전구체에 의한 박막형성과 특성평가에 대해 구체적인 논의가 필요하다. 본 실험에서는 Cu-In-Se 전구체를 CuInSe2 단일 타겟에서부터 RF 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 박막증착을 하여 Se의 Rapid Thermal Process(RTA)법을 통해 Se이 순차적으로 공급되었다. 이때 형성되는 박막의 태양전지 흡수층 적용을 위한 광학적, 전기적 및 구조적에 대한 논의된다. Soda lime glass(SLG)와 Corning 1737 유리를 기판으로 하여 아세톤-에탄올을 이용, 초음파세척을 실시하였다. 스퍼터 공정을 하기전에 흡착된 물분자를 제거하기 위하여 약 30분간 120?C로 열을 가해주었으며, 공정을 위한 총 아르곤 가스의 양은 약 50sccm이며 이때의 공정압력은 20mtorr로 고정하였다. 우선 RF power와 기판온도에 따른 단일전구체 형성을 관찰하기 위하여 각각 30~80W, RT~400?C로 변화를 주어 박막을 형성한 후 모든 sample에 대하여 500?C분위기에 effusion cell을 이용하여 Se 분위기에서 결정화를 실시하였다. 샘플의 두께는 Surface profiler로 측정하였고 단면은 전자주사현미경으로 관찰되었다. 동시에 SEM이미지를 통하여 morphology와 grain size 및 EDX를 통하여 조성분석을 하였다. 밴드갭, 투과율 및 흡수계수는 UV-VIS-NIR분광분석법을 통하여 수행되었으며, 전기적 특성분석을 위해 4-point-probe와 Hall effect측정을 수행하였다. 공정변수에 따른 단일타겟으로 얻어 결정화된 CuInSe2박막의 자세한 결과와 논의에 대하여 발표한다.

Cu-In-Se2 전구체의 Selenization에 의해 형성된 CuInSe2 박막의 태양전지 응용을 위한 전기적 특성평가

정채환(Jeong, Chaehwan),박찬영(Park, Chanyoung),김진혁(Kim, Jinhyeok),이석호(Lee, Suk Ho) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

다른 물질에 비해 많은 우수한 특성을 가지고 있는 CuInSe2(CIS)박막 태양전지는 많은 연구자들에 의해 개발되어 오고 있다. CIS의 대표적인 장점으로는 직접천이형 밴드갭, 높은 흡수계수, 열 안정화상태 및 p형으로의 전도성물질의 가능성 등 다양하다. 또한 간단한 구조를 이용하여 유리같은 싼 기판을 이용하기 때문에 저가형 태양전지로서 많은 각광을 받고 있다. CIGS태양전지는 CIS의 In 사이트에 Ga을 도핑함으로서 만들어지는데 밴드갭은 약 1.4eV이다. CIS박막을 만드는 많은 방법이 존재하나 구성원소로부터 최적화된 조성을 찾을수 있는 방법이 가장 중요한 요소 중의 하나로 인식되고 있으며, 이런점에서 증발법 및 스퍼터링법 등 같은 진공방식이 비진공방식에 비해 훨씬 간편하게 조성비를 맞출수 있다. 그 중에 스퍼터링법은 대면적 박막태양전지로의 가능성으로 비출어 볼때 산업화를 위한 좋은 후보군이 될 수 있다. Selenization을 하기전에 Cu-In-Se의 전구체 조합은 여러개의 타겟으로부터 동시 스퍼터링법이나 다층 전구체법을 사용하여 준비되는데 어떤 방법이 되던지 Se의 부가적인 공급은 불가피하다. 지금까지 많은 관련 연구의 대부분인 구조적, 조성비적 그리고 광학적인 특성평가에 집중되어 오고 있는데, 전기적특성평가의 경우는 면저항, 비저항 같은 간단한 결과 위주로 보고되어 오고 있다. 또한 캐리어농도와 이동도에 대한 보고가 있음에도 불구하고 이해되기에는 충분치 못한 면이 많다.본 발표에서는 태양전지 제조 전단계로서 소다라임유리기판(SLG)위에 Mo의 유무에 따라 CIS박막의 전기적인 특성 변화에 대한 내용을 담고 있다. 소다라임유리(2cm{times}2cm)를 기판으로 사용하여 아세톤-에탄올 용액에 초음파세척을 수행하고, Mo 후면전극을 DC 스퍼터링방식을 이용하여 증착을 한다. SLG와 Mo이 코팅된 SLG를 각각 RF 스퍼터 챔버에 이송한 후 수증기 제거를 위해 약 10분간 예열을 한다. 샘플에 대한 전기적특성은 Hall효과 측정장치에 의해 측정이 되며 전기전도도, 캐리어농도, 이동도 및 전도형에 대한 정보가 각각의 변수에 따라 조사된돠. 부가적으로 구조적, 조성비적인 특성을 SEM,XRD 및 EDX를 통해 조사를 하여 전기적 특성에 따른 관계성을 검토한다. SLG와 Mo가 코팅된 SLG위의 CIS박막은 전기적으로 약간 다른 특성을 보일 것으로 예측되며, 이러한 기대를 바탕으로 조성비가 이상적인 화학양론에 근접할 때 p형으로서 제시될 수 있다는 것을 보여줄 것이다.