Ag의 두께에 따른 V₂O₅/Ag/ITO 구조의 다층 박막의 광학적, 전기적 특성

고영희,박광훈,고항주,하준석,Ko, Younghee,Park, Gwanghoon,Ko, Hang-Ju,Ha, Jun-Seok 한국마이크로전자및패키징학회 2014 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.21 No.1

최근 유기태양전지의 효율향상을 위하여 고분자의 PEDOT:PSS 양극(Anode) 버퍼층이 널리 사용되고 있다. 그러나 고효율 태양전지의 개발과 더불어 새로이 적용되고 있는 역구조 유기 태양전지에는 이 같은 친수성의 PEDOT:PSS 고분자가 소수성의 양극이나 광활성층 상에 균일하게 코팅되는 것이 문제점으로 지적되고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서 양극 버퍼층으로 $V_2O_5$와 같은 p-type 금속산화물을 사용한 연구가 많이 보고되고 있다. 본 연구에서는 저항을 낮추고 홀 이동도를 향상 시키기 위해 Ag를 삽입층으로 한 $V_2O_5$/Ag/ITO 구조의 다층 박막을 제작하고 Ag두께에 따른 전기적, 광학적, 구조적 특성의 변화에 대하여 살펴보았다. 가시광 영역에서는 Ag 두께가 증가함에 따라 광 투과율이 감소하는 반면 전기적 특성은 향상되는 것을 볼 수 있었다. 광소자의 투명전극산화물로 적합한 구조인지 평가하기 위해 Figure Of Merit(FOM)의 값을 측정하였고, 그 결과 Ag의 두께가 4 nm에서 가장 좋은 특성을 나타냈다. $V_2O_5$/Ag/ITO 구조의 다층 박막은 가시광 영역에서 Ag의 두께가 4 nm일 때 88%의 광 투과율을 나타내었고 저항 값은 $4{\times}10^{-4}{\Omega}cm$로써 광소자로 적합한 구조임을 확인하였다. Recently, the buffer layers consisting of poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate) (PEDOT-PSS) are extensively used to improve power conversion efficiency (PCE) of organic solar cells. However, PEDOT-PSS is not suitable for mass production of organic solar cells due to its intrinsic acid and hygroscopic properties. Moreover, because of chemical reactions between indium tin oxide (ITO) layer and PEDOT-PSS layer, the interface is not stable. For these reasons, alternative materials such as $V_2O_5$ have been developed to be an effective buffer layer. In this work, we used $V_2O_5$/Ag/ITO multilayer structure for the anode buffer layer. With variation of thickness of Ag layer, we investigated the optical and electrical properties of $V_2O_5$/Ag/ITO multi-layer films. As a result, we found that the electrical properties were improved with increasing Ag thickness while optical transmittance decreases in visible wavelength region. From the calculation of figure of merit (FOM) which is used to evaluate proper structure for transparent of optoelectronic, $V_2O_5$/Ag/ITO multilayer electrode was optimized with 4 nm thick Ag layer in optical (88% in transmittance) and electrical ($4{\times}10^{-4}{\Omega}cm$) properties. This indicates that $V_2O_5$/Ag/ITO multilayer electrode could be a candidate for the anode of optoelectronic devices.

Ag의 두께에 따른 V₂O₅/Ag/ITO 구조의 다층 박막의 광학적, 전기적 특성

고영희(Younghee Ko),박광훈(Gwanghoon Park),고항주(Hang-Ju Ko),하준석(Jun-Seok Ha) 한국마이크로전자및패키징학회 2015 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.21 No.1

최근 유기태양전지의 효율향상을 위하여 고분자의 PEDOT:PSS 양극(Anode) 버퍼층이 널리 사용되고 있다. 그러나 고효율 태양전지의 개발과 더불어 새로이 적용되고 있는 역구조 유기 태양전지에는 이 같은 친수성의 PEDOT:PSS 고분자가 소수성의 양극이나 광활성층 상에 균일하게 코팅되는 것이 문제점으로 지적되고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서 양극 버퍼층으로 V₂O₅와 같은 p-type 금속산화물을 사용한 연구가 많이 보고되고 있다. 본 연구에서는 저항을 낮추고 홀 이동도를 향상 시키기 위해 Ag를 삽입층으로 한 V₂O₅/Ag/ITO 구조의 다층 박막을 제작하고 Ag두께에 따른 전기적, 광학적, 구조적 특성의 변화에 대하여 살펴보았다. 가시광 영역에서는 Ag 두께가 증가함에 따라 광 투과율이 감소하는 반면 전기적 특성은 향상되는 것을 볼 수 있었다. 광소자의 투명전극산화물로 적합한 구조인지 평가하기 위해 Figure Of Merit(FOM)의 값을 측정하였고, 그 결과 Ag의 두께가 4 nm에서 가장 좋은 특성을 나타냈다. V₂O₅/Ag/ITO 구조의 다층 박막은 가시광 영역에서 Ag의 두께가 4 nm일 때 88%의 광 투과율을 나타내었고 저항 값은 4×10⁻⁴Ωcm로써 광소자로 적합한 구조임을 확인하였다. Recently, the buffer layers consisting of poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate) (PEDOT-PSS) are extensively used to improve power conversion efficiency (PCE) of organic solar cells. However, PEDOT-PSS is not suitable for mass production of organic solar cells due to its intrinsic acid and hygroscopic properties. Moreover, because of chemical reactions between indium tin oxide (ITO) layer and PEDOT-PSS layer, the interface is not stable. For these reasons, alternative materials such as V₂O₅ have been developed to be an effective buffer layer. In this work, we used V₂O₅/Ag/ITO multilayer structure for the anode buffer layer. With variation of thickness of Ag layer, we investigated the optical and electrical properties of V₂O₅/Ag/ITO multi-layer films. As a result, we found that the electrical properties were improved with increasing Ag thickness while optical transmittance decreases in visible wavelength region. From the calculation of figure of merit (FOM) which is used to evaluate proper structure for transparent of optoelectronic, V₂O₅/Ag/ITO multilayer electrode was optimized with 4 nm thick Ag layer in optical (88% in transmittance) and electrical (4×10⁻⁴Ωcm) properties. This indicates that V₂O₅/Ag/ITO multilayer electrode could be a candidate for the anode of optoelectronic devices.

CdS/CIGS 광전극 사용에 의한 광전기화학적 수소발생효율 증가에 관한 연구

고영희 ( Young Hee Ko ),박광훈 ( Gwang Hun Park ),김은숙 ( Eun Sook Kim ),배효정 ( Hyo Jung Bae ),고항주 ( Hang Ju Ko ),하준석 ( Jun Seok Ha ) 대한금속재료학회(구 대한금속학회) 2015 대한금속·재료학회지 Vol.53 No.5

We investigated the photoelectrochemical (PEC) properties of CdS/CIGS thin films as the hydrogengenerating photo-electrode in Na2SO4 electrolyte. The onset potential of CIGS of thin film by itself which is a point of beginning redox reaction for hydrogen generation was .0.6 V under illumination of 200 mW. However, with the deposition of CdS layer on CIGS film, CdS/CIGS structures produced three times enhanced photocurrents at .0.1 V vs compared with only CIGS thin film. CdS layer has ideal band-gap energy and position for redox reaction under visible light irradiation. Also, CdS layer could make P-N junction with CIGS film and form stepwise band-gap structure, which help electrons and holes transfer more easily. From these results, CdS/CIGS thin films could be regarded as a promising photo-electrode cell structure for hydrogen generation.

CIGS 박막의 전착에 관한 연구

이상민,김영호,오미경,홍석인,고항주,이치우,Lee, Sang-Min,Kim, Young-Ho,Oh, Mi-Kyung,Hong, Suk-In,Ko, Hang-Ju,Lee, Chi-Woo 한국전기화학회 2010 한국전기화학회지 Vol.13 No.2

Cu(In, Ga)$Se_2$ (CIGS) 박막은 다원화합물이기 때문에 제조공정이 매우 까다롭다. 진공장치를 사용하는 제조 방법으로 동시증착법, 스퍼터링법 +셀렌화가 있고, 비진공 제조 방법으로 전기화학적인 전착법이 있다. 각 방법에 있어서도 출발 물질의 종류에 따라 다양한 제조 방법이 동원 될 수 있다. 진공증착에 의한 방법은 고품질의 박막을 얻는데 사용 되고 있으나 고가의 진공장비가 사용되므로 대면적화에 따른 제조비용 측면에서 문제가 있다. 이에 비하여, 전착법은 간단하면서도 저가로 대면적화를 이룰 수 있다는 장점 때문에, 많은 관심이 기울여지고 있다. 본 연구에서는 Mo/Glass전극위에 Ga/(In + Ga) = 0.3의 성분비를 만족시키는 CIGS 박막을 전기화학적으로 제조하기 위하여, $Cu^{2+}$, $In^{3+}$, $Ga^{3+}$, $Se^{4+}$ 4성분을 모두 포함하는 전해질 수용액 내에서, 4성분의 이온들이 동시에 환원되는 전위를 조절하여 CIGS 박막을 전착 하였다. SEM을 이용하여 얻어진 CIGS 박막의 전착된 시료의 표면을 관찰하였고, EDS로 그 조성을 분석하였다. 또한, XRD를 이용하여 전착시료의 열처리 전후의 결정성변화를 조사하였다. The chalcopyrite $Cu(In_xGa_{(1-x)})Se_2$ (CIGS) is considered to be one of the effective light-absorbing materials for thin film photovoltaic solar cells. We describe the electrodeposition of CIGS thin films in ambient laboratory conditions, and suggest the electrochemical conditions to prepare stoichiometric CIGS thin films of Ga/(In + Ga) = 0.3. In acidic solutions containing $Cu^{2+}$, $In^{3+}$, $Ga^{3+}$ and $Se^{4+}$ ions, the CIGS films of different Cu/In/Ga/Se chemical compositions were electrodeposited onto Mo/Glass substrate. The structure, morphology and chemical composition of electrodeposited CIGS films were characterized by X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM), and Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), respectively.

Selenization 압력조건에 따른 CuInSe2 박막 물성 변화

박광훈 ( Gwang Hoon Park ),고영희 ( Young Hee Ko ),고항주 ( Hang Ju Ko ),하준석 ( Jun Seok Ha ) 대한금속재료학회(구 대한금속학회) 2015 대한금속·재료학회지 Vol.53 No.3

We studied the physical properties of CuInSe2(CIS) thin films fabricated using a cracked selenium (Se) source in the selenization processes. The crystalline CIS films were characterized by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and a Hall effect measurement system. Precursors with the same amount of Se were prepared with a co-sputtering system equipped with Se Knudsen cells. The precursors were heated under four kinds of Se pressure conditions (0.02, 0.1, 1, 2 Pa) for 15 minutes at 425 ℃, which is a selenization process for crystalline CIS films. The low Se pressure conditions in selenization processes were more reactive than the higher Se pressure conditions. The Se pressure in selenization tends to increase the CIS grain size, which was confirmed by investigation of the surface morphology of SEM and of the crystal size in the XRD. We found that the Se pressure in the selenization processes influences the preferred crystalline orientations and the electrical properties of CIS thin films.(Received May 8, 2014)

전구체 내의 셀레늄 함유량이 CuInSe2 박막의 물성에 미치는 영향

박광훈 ( Gwang Hoon Park ),박재형 ( Jae Hyoung Park ),하준석 ( Jun Seok Ha ),고항주 ( Hang Ju Ko ) 대한금속재료학회(구 대한금속학회) 2013 대한금속·재료학회지 Vol.51 No.11

We studied the effect on physical properties of CuInSe2 (CIS) thin films by change of the Se content in Cu-In-Se precursors. The three kinds of precursors with different Se content were deposited by a hybrid sputtering system which was equipped with the Selenium Knudsen cell (Se K-cell). The precursors were heated in an Se atmosphere for 15 minutes at 425 ℃, which produced crystalline CIS films. We characterized the crystalline CIS films using scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive x-ray spectroscopy (EDS), x-ray diffraction (XRD), and a Hall effect measurement system. The size of the island in the CIS films was reduced with an increasing Se content in the Cu-In-Se precursors. We found that the island structure in the CIS films disappeared with precursors of Se content over 19 at%. We were able to make a highly adhesive CIS film to Mo back contacts by using precursors with Se content of 19 at%. The solar cells fabricated with the CIS films using precursors with an Se content of 19 at% achieved 8.2% efficiency.

RF-스퍼터링에 의해 GaAs 기판상에 제작된 ZnO 박막의 성장온도와 공정가스비의 의존성

이수만(Soo-Man Lee),김강복(Kang-Bok Kim),고항주(Hang-Ju Ko),오동철(Dong-Cheol Oh) 대한전기학회 2015 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2015 No.11

열처리로 제조된 In₂Se₃ 박막의 구조 및 광학적 특성 연구

박재형,김대영,박광훈,한명수,김효진,신재철,하준석,김광복,고항주,Park, Jae-Hyoug,Kim, Dae-Young,Park, Gwang-Hun,Han, Myung-Soo,Kim, Hyo-Jin,Shin, Jae-Cheol,Ha, Jun-Seok,Kim, Kwang-Bok,Ko, Hang-Ju 한국진공학회 2012 Applied Science and Convergence Technology Vol.21 No.3

We report investigation of structural and optical characteristics of $In_2Se_3$ thin films fabricated by thermal annealing process. Indium (In) is deposited on substrates by sputtering methods and $In_2Se_3$ thin films are fabricated by thermal annealing it with selenium vapor. The annealing temperature was changed from $150^{\circ}C$ to $400^{\circ}C$. We observe formation and phase changes of $In_2Se_3$ thin films with increase of annealing temperature. Conglomeration of In is observed at low annealing temperature (${\leq}150^{\circ}C$). $In_2Se_3$ phases are started to form at $200^{\circ}C$ and ${\gamma}-In_2Se_3$ phase form at $350^{\circ}C$. High-quality ${\gamma}-In_2Se_3$ thin film with wurtzite structure is obtained at $400^{\circ}C$ of annealing temperature. Furthermore, we confirm that band gaps of $In_2Se_3$ thin films are increased according to increase of annealing temperature. Optical band gap of high-quality ${\gamma}-In_2Se_3$ is found to be 1.796eV. 열처리 공정으로 제조한 $In_2Se_3$ 박막의 구조 및 광학적 물성을 조사하여 보고한다. 기판위에 스퍼터링 방법으로 인듐(In: indium)을 증착하고 셀레늄 분위기에서 열처리 온도를 변화시키며 In-Se 박막을 제조하였다. 열처리 온도가 증가함에 따라 $In_2Se_3$ 박막의 형성과 상의 변화를 관찰 할 수 있었다. 낮은 열처리 온도(${\leq}150^{\circ}C$)에서는 In의 뭉침 현상을 관찰할 수 있었고 열처리 온도가 $250^{\circ}C$ 부터 $In_2Se_3$ 박막이 형성되며 $350^{\circ}C$ 에서 ${\gamma}-In_2Se_3$ 상이 형성됨을 알 수 있었다. 열처리 온도가 $400^{\circ}C$로 증가면 wurtzite 구조의 고품질 ${\gamma}-In_2Se_3$ 박막을 얻을 수 있었다. 열처리 온도가 증가함에 따라 $In_2Se_3$ 박막의 밴드갭이 증가함을 알 수 있었고, 열처리 온도 $400^{\circ}C$에서 제조된 ${\gamma}-In_2Se_3$ 결정질 박막의 밴드갭이 1.796eV임을 알았다.

Mo의 급속열처리로 제조된 유기태양전지용 양극버퍼층 MoO3 박막의 물성

박재형 ( Jae Hyoung Park ),정기창 ( Ki Chang Jung ),문대화 ( Hyo Jung Bae ),배효정 ( Dae Hwa Mun ),이인우 ( In Woo Lee ),박성진 ( Jin Park ),고항주 ( Hang Ju Ko ),하준석 ( Jun Seok Ha ) 대한금속·재료학회 2013 대한금속·재료학회지 Vol.51 No.6

열처리로 제조된 In₂Se₃ 박막의 구조 및 광학적 특성 연구

박재형(Jae-Hyoug Park),김대영(Dae-Young Kim),박광훈(Gwang-Hun Park),한명수(Myung-Soo Han),김효진(Hyo-Jin Kim),신재철(Jae-Cheol Shin),하준석(Jun-Seok Ha),김광복(Kwang-Bok Kim),고항주(Hang-Ju Ko) 한국진공학회(ASCT) 2012 Applied Science and Convergence Technology Vol.21 No.3

열처리 공정으로 제조한 In₂Se₃ 박막의 구조 및 광학적 물성을 조사하여 보고한다. 기판위에 스퍼터링 방법으로 인듐(In: indium)을 증착하고 셀레늄 분위기에서 열처리 온도를 변화시키며 In-Se 박막을 제조하였다. 열처리 온도가 증가함에 따라 In₂Se₃ 박막의 형성과 상의 변화를 관찰 할 수 있었다. 낮은 열처리 온도(≤150℃)에서는 In의 뭉침 현상을 관찰할 수 있었고 열처리 온도가 250℃ 부터 In₂Se₃ 박막이 형성되며 350℃ 에서 γ-In₂Se₃ 상이 형성됨을 알 수 있었다. 열처리 온도가 400℃로 증가면 wurtzite 구조의 고품질 γ-In₂Se₃ 박막을 얻을 수 있었다. 열처리 온도가 증가함에 따라 In₂Se₃ 박막의 밴드갭이 증가함을 알 수 있었고, 열처리 온도 400℃에서 제조된 γ-In₂Se₃ 결정질 박막의 밴드갭이 1.796eV임을 알았다. We report investigation of structural and optical characteristics of In₂Se₃ thin films fabricated by thermal annealing process. Indium (In) is deposited on substrates by sputtering methods and In₂Se₃ thin films are fabricated by thermal annealing it with selenium vapor. The annealing temperature was changed from 150℃ to 400℃. We observe formation and phase changes of In₂Se₃ thin films with increase of annealing temperature. Conglomeration of In is observed at low annealing temperature (≤150℃). In₂Se₃ phases are started to form at 200℃ and γ-In₂Se₃ phase form at 350oC. High-quality γ-In₂Se₃ thin film with wurtzite structure is obtained at 400oC of annealing temperature. Furthermore, we confirm that band gaps of In₂Se₃ thin films are increased according to increase of annealing temperature. Optical band gap of high-quality γ-In₂Se₃ is found to be 1.796eV.