| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2012년 가을 (11/07 ~ 11/09, 라카이샌드파인 리조트) |
| 권호 | 18권 2호 |
| 발표분야 | C. 에너지/환경 재료(Energy and Environmental Materials) |
| 제목 | 스퍼터링 및 급속 열처리 공정을 이용한 CIGS 박막 제작에 관한 연구 |
| 초록 | CIGS 태양전지는 최고효율 20%를 달성했으며 Si 태양전지 보다 비용 면에서 절감이 가능하므로 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 이러한 고효율 CIGS 태양전지를 만들기 위한 시도는 세계 도처에서 진행되고 있는데 연구의 방향은 크게 동시진공증발법을 이용한 방법과 전구체 제작 후 셀렌화 열처리를 이용하는 2 단계 방법으로 나눌 수 있다. 이 중 동시진공증발법은 고효율 태양전지 제작은 가능하나 대면적화가 어렵다는 단점을 가지고 있으며, 그 대안으로 스퍼터링/셀렌화 공정이 연구되고 있으나 일반적으로 셀렌화 공정 시간이 1 시간 이상으로 길어 공정 단가 절감의 제한 요소가 된다는 단점이 있다. 또한 셀렌화 시 유독한 H2Se 가스나 Se 증기를 추가적으로 공급하게 되는데, 이는 환경적 및 비용적 면에서 이상적이지 못하다. 이러한 문제의 해결책을 찾기 위해서 본 연구는 스퍼터링으로 전구체를 제조한 후 이를 RTA(Rapid Thermal Annealing)방법으로 후열 처리하여 CIGS를 만드는 것을 그 목적으로 하고 있다. 특히 기존의 RTA 방법과는 달리 추가 Se의 공급이 없이 RTA를 수행하여 후열처리 공정을 최대한 단순화하고자 하였다. CIGS 박막 제조는 전술한 바와 같이 전구체 스퍼터링과 RTA 공정을 이용하였다. 이 때 스퍼터링 타겟으로는 Cu-Se, In-Se 및 Cu-Ga 조합을 이용하는데, 이는 전구체 내에 존재하는 Se으로 인해 열처리시 Ga 편석의 발생을 억제하기 위함이다. RTA 공정 변수로는 공정 압력과 시간을 설정하였으며, 이들이 CIGS 박막의 조성 및 구조에 미치는 영향을 고찰하여 최적 조건을 도출하였다. 또한 제조한 CIGS 박막을 이용하여 기판/Mo/CIGS/CdS/ZnO/Al 구조를 갖는 태양전지를 제작함으로써, 스퍼터링/(추가 Se 공급이 없는)RTA 공정으로 제조한 CIGS 박막의 광흡수층으로서의 적용 가능성을 살펴보았다. 이 때 기판으로는 소다 라임 유리를 사용하고, Mo 후면전극은 DC 스퍼터링, CdS 버퍼층은 CBD (Chemical bath deposition), ZnO 투명전극은 RF 스퍼터링, 그리고 Al 전면전극은 열증착법을 이용하였다. 실험 결과, Se 공급이 없는 RTA를 통해서도 Se의 손실과 Ga 편석이 없는 단일상 CIGS 박막을 제조할 수 있었으며, 이를 이용하여 태양전지를 제작한 결과 약 6.2%의 효율을 얻을 수 있었다. |
| 저자 | 박하영1, 윤재호2, 곽지혜3, 조아라3, 안승규3, 어영주3, 신기식3, 장수경3, 안세진2, 윤경훈3 |
| 소속 | 1한국에너지기술 (연), 2연세대, 3한국에너지기술(연) |
| 키워드 | CIGS; RTA |
