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전구체 내 금속층의 위치에 따른 CZTSSe 박막 태양전지에 미치는 영향 평가
김삼미,양기정,안광석,김세윤,손대호,김승현,김대환,강진규 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1
Cu2ZnSn(S,Se)<sub>4</sub>태양전지는 저비용, 고효율 제작이 용이한 태양전지로 CdTe와 Cu(In,Ga)Se<sub>2</sub>의 대체가 가능한 태양전지로 각광받고 있다. 시장경쟁력 확보를 위해 Cu<sub>2</sub>ZnSn (S,Se)<sub>4</sub> 태양전지는 유연성, 경량 및 대면적화가 필요하다. 그러나 Cu<sub>2</sub>ZnSn (S,Se)<sub>4</sub>는 열처리 공정 중 Cu<sub>(2-x)</sub>S 또는 Cu<sub>(2-x)</sub>Se에서 형성되는 Cu 부족에 기인한 V<sub>Cu</sub>로 인해 결함이 발생한다. 이를 해결하기 위해 Alkali metal 중 NaF를 적용하여 위치별 영향평가를 진행하였다. NaF를 통해 결함제어를 가능하게 하였고, 이에 따른 소자의 특성을 확인하였다. <sup>**</sup> This work was supported by the Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning (KETEP) and the Ministry of Trade, Industry & Energy (MOTIE) (No. 20173010012980) and by the DGIST R&D Programs of the Ministry of Science, ICT & Future Planning of Korea (19-BD-05).
Impact of Alkali-metal layer on the Properties of flexible CZTSSe thin-film Solar Cells
김삼미,손대호,김승현,김세윤,안광석,양기정,김대환,강진규 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0
저가형의 Cu<sub>2</sub>ZnSn(S,Se)<sub>4</sub> 박막 태양전지의 시장 확대를 위해서는 유연성을 통한 경량화에 따라 다양한 분야에 적용이 가능하도록 해야한다. 또한 Secondary phase에 기인한 defects의 생성은 CZTSSe 박막 태양전지 효율 저하의 주요 원인이다. 본 연구에서는 Mo foil기판을 적용한 유연 CZTSSe 박막 태양전지의 defect 형성제어를 통하여 전기적인 특성들이 향상되었으며, 통계치를 통해 박막 균일도를 확인할 수 있었다. Defects생성 제어를 위한 알칼리 금속의 위치별로 적용하여 효율 향상과 박막 태양전지 내의 특성향상 가능성을 확인했다. <sup>**</sup> 본 연구는 산업통상자원부(MOTIE)와 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니다(No. 20173010012980). <sup>**</sup> 본 연구는 미래창조과학부에서 지원하는 대구경북과학기술원 일반사업에 의해 수행되었습니다(19-DB-05).
유연기판 적용 CZTSSe 박막태양전지 제작과 특성 연구
김삼미,손대호,김승현,안광석,김세윤,양기정,김대환,강진규 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1
Cu2ZnSn(S,Se)4 박막 태양전지의 시장 확대를 위해서는 유연성을 통한 경량화에 따라 다양한 분야에 적용이 가능하도록 해야 한다. 다양한 물질 중 Cu2ZnSn(S,Se)4 는 저가형의 범용원소를 사용하며 높은 광흡수계수를 지니고 있다. 본 연구에서는 Mo foil기판을 적용하였고, 순수 Cu, Zn, Sn 금속 전구체를 사용하였다. 흡수층 열처리 과정에서 H<sub>2</sub>S gas 공급량을 조절하면서 투입하였고, 이에 따라 제작한 박막과 소자의 특성을 확인하였다. <sup>**</sup> This work was supported by the Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning(KETEP) and the Ministry of Trade, Industry & Energy(MOTIE) of the Republic of Korea (No. 20173010012980). Also, This work was supported by the DGIST R&D Programs of the Ministry of Science, ICT & Future Planning of Korea (19-BD-05).
WAXS(wide-angle X-ray scattering)를 이용한 CZTSSe thin film 분석
안광석,김세윤,김삼미,손대호,김승현,성시준,김대환,양기정,강진규 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1
CZTSSe(Cu<sub>2</sub>ZnSnSxSe<sub>4-x</sub>)는 풍부한 매장량, 유해성이 낮은 재료(Cu, Zn, Sn)를 사용하여 범용·친환경 태양전지 재료로 주목을 받고 있다. 하지만 CZTSSe 는 2차상이 쉽게 형성이 되는데, 이는 효율 저하의 원인 중 하나로 지목된다. 이런 2차상은 대부분 kesterite, zinc blend 구조이며, CZTSSe와 비슷한 lattice parameter를 가지고 있어 일반적인 XRD(x-ray diffraction) 분석에서 CZTSSe 와 2차상을 구분하는 것이 어렵다. 한편, 가속기 방사광을 이용한 분석 방법 중 WAXS(wide-angle X-ray scattering)는 결정의 지향성, minor 결정상 확인 등이 용이하여 다양한 물질 분석에서 이용된다. 본 연구에서는 전구체에 도입되는 NaF 위치에 따라 열처리 과정에서 CZTSSe 흡수층이 형성되는 메카니즘을 WAXS를 통해 분석하였다. 현재까지 WAXS를 이용한 CZTSSe 결정상 분석이 논문으로 보고된 적이 없다. 따라서 본 연구는 CZTSSe 흡수층을 형성하는 과정에서 Na가 어떤 영향을 주는지 밝힘과 동시에, CZTSSe 흡수층을 분석하는 새로운 방법을 제시했다는데 의의가 있다.
Stainless steel 유연기판 CZTSSe 박막 태양전지 특성 분석
안광석,김세윤,김삼미,손대호,김승현,김대환,양기정,강진규 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0
CZTSSe 박막 태양전지는 매장량이 풍부하고 값이 저렴한 주 재료(Cu, Zn, Sn)를 사용하면서, 유해성도 낮기 때문에 저가ㆍ친환경 태양전지로 주목을 받고 있다. 한편, 유연기판 중 하나인 Stainless steel(SUS) 기판에 CZTSSe 박막 태양전지를 적용한다면, SUS의 가볍고 저렴한 단가, roll-to-roll 공정 적용 등 태양전지 시장에서 높은 경쟁력을 가질 수 있다. 하지만 SUS 유연기판은 열처리 과정에서 불순물(Fe, Cr ..)이 전구체 영역으로 확산하며 2차상을 형성하거나, 치명적인 결점을 생성하는 등 태양전지 효율을 저해하는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 SUS에서 확사하는 불순물을 막기 위해 SiO2 SiNx, ZnO를 확산 방지막(diffusion barrier)을 적용하였다. 확산방지막의 성능을 확인하기 위해 고온의 가혹조건 실험 및 SIMS(Secondary ion mass spectrometry), 전기적 특성 분석 등을 수행하였다. ** 본 연구는 산업통상자원부(MOTIE)와 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니다(No. 20173010012980). ** 본 연구는 미래창조과학부에서 지원하는 대구경북과학기술원 일반사업에 의해 수행되었습니다(18-DB-05).
Flexible high-efficiency CZTSSe solar cells on stainless steel substrates
안광석,김세윤,김삼미,손대호,김승현,김성연,김준호,성시준,김대환,강진규 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1
Stainless steel (SS) foil 은 풍부한 매장량과 내구성, 유연성을 가진 기판으로 장점을 가지고 있지만, SS foil에서 확산하는 불순물은 심각한 효율 저하를 야기하는 문제점을 갖고 있다. 이런 문제점을 극복하기 위해 다양한 확산방지막이 연구되고 사용중에 있다. 본 연구에서는 ZnO와 SiO<sub>2</sub>가 확산방지막으로써 성능을 시험하기 위해 가혹조건 및 흡수층 생성 조건에서 방지막 성능을 각각 확인하고, 방지막 성능 차이의 근본적인 원인에 대해 확인하였다. 흡수층에 주는 영향을 확인하기 위해 CZTSSe(Cu<sub>2</sub>ZnSnSxSe<sub>4-x</sub>) 흡수층을 SS 기판에 적용하여 실험하였다. 결과적으로 가장 우수했던 SiO<sub>2</sub>를 확산방지막으로 사용하여 10%가 넘은 효율의 플렉시블 CZTSSe 박막태양전지를 공인 받았다.
Characterization of CZTSSe thin film on stainless steel flexible substrate
안광석,김세윤,김삼미,손대호,김승현,김대환,양기정,강진규 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0
CZTSSe 박막 태양전지는 매장량이 풍부하고 값이 저렴한 주 재료(Cu, Zn, Sn)를 사용하면서, 유해성도 낮기 때문에 저가·친환경 태양전지로 주목을 받고 있다. 한편, 유연기판 중 하나인 Stainless steel(SUS) 기판에 CZTSSe 박막 태양전지를 적용한다면, SUS의 가볍고 저렴한 단가, roll-to-roll 공정 적용 등 태양전지 시장에서 높은 경쟁력을 가질 수 있다. 하지만 SUS 유연기판은 열처리 과정에서 불순물(Fe, Cr ..)이 전구체 영역으로 확산하며 2차상을 형성하거나, 치명적인 결점을 생성하는 등 태양전지 효율을 저해하는 문제점을 가지고 있다. 이런 불순물을 막기 위해 일반적으로 SiO<sub>2</sub>, SiN<sub>x</sub>, Cr 등 확산 방지막(diffusion barrier)을 적용하는 데, 본 연구에서는 확산 방지막 후보로 SiO<sub>2</sub>, SiN<sub>x</sub>, ZnO을 선택하여 스퍼터 공정 또는 PECVP 공정으로 SUS 기판 위에 증착하였으며, 고온의 가혹조건과 SIMS(Secondary ion mass spectrometry), 전기적 특성 분석 등을 통해 방지막 후보군의 성능을 확인하였다.
Observation of unexpected secondary phases in CZTSe solar cell using Raman spectroscopy
임수연,( Tharith Sriv ),오지아,김삼미,김세윤,양기정,강진규,김대환,전찬욱,정현식 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-
Raman spectroscopy is a widely used tool to detect secondary phases in Cu<sub>2</sub>ZnSnSSe<sub>4</sub> (CZTSSe) solar cells without damaging samples. Since a small amount of the secondary phases can cause a performance drop in CZTS/Se solar cell devices, identifying secondary phases is important. Since Raman signals are highly sensitive to the existence of secondary phases using the resonance Raman effect, it is possible to detect a small amount of secondary phases in the solar cell. We carried out Raman spectroscopy with four lasers as excitation energies. We observed unusual secondary phases, ZnO and S/Se alloy in our CZTSSe absorber layer. ZnO is usually used as an n-type TCO layer in CZTSe solar cells, but a ZnO layer was not initially deposited on our absorber layer. Additionally, we found that ZnO can be formed when high power UV laser is irradiated on CZTSe. For S/Se alloy, we compared Raman signals from S/Se alloy clusters to S and Se powders.