ZnO 투명전도막과 Al그리드의 공정변화에 따른 Cu(In,Ga)Se2 박막태양전지의 특성 연구

Abstract

CIGS 태양전지는 다양한 박막들로 구성되어 있다. 태양전지에는 Mo, CIGS 흡수층, CdS, i-ZnO, ZnO:Al, 전극 박막으로 구성되어 있다. 각 층들은 CIGS 박막 태양전지를 구동하는데 중요한 역할을 하게 된다. 만약에 증착 되는 박막들의 공정변수를 변화를 주게 된다면 각 층들은 특성들이 향상 될 것이다. 그리고 이를 CIGS 박막 태양전지를 제작 시에 좋은 성능을 가지게 할 수 있게 된다. 지금까지 우리는 주로 CIGS 흡수층과 CdS 박막 층에 대해서 다루어 왔다. 이번 실험에서는 CIGS 흡수층, CdS 박막층 만큼 중요한 ZnO:Al, i-ZnO, 전극 층에 대해서 다룰 것이다. 처음으로, ZnO:Al 박막층에 대해서 다룰 것이다. ZnO:Al 박막은 장점들을 가지고 있다. 장점 중에 하나는 높은 전기적 전도성을 가지고 있다는 것이다. 이러한 장점을 향상시키기 위해서는 스퍼터 파워를 변화시킴에 따라서 ZnO:Al 박막층의 특성을 확인해 보고 이를 CIGS 박막태양전지 제작을 하여서 CIGS 박막 태양전지의 특성을 살펴볼 것이다. 파워가 200W 일 때 ZnO:Al 박막 층이 높은 이동도, 농도 그리고 낮은 비저항 값을 가지게 된다. 파워가 220W 일 때 ZnO:Al 박막 층은 높은 광학적인 특성을 가지게 된다. 이러한 결과를 기반으로, 파워가 200W, 220W 일 때 ZnO:Al 박막 층이 각 각 높은 전기적, 광학적 특성을 가진다는 것을 알 수 있었다. 이를 CIGS 박막 태양전지를 제작 하였을 때, 파워가 200W, 220W 일 때 각 각 낮은 series 저항, 높은 효율을 가진다는 것을 확인 할 수 있었다. 비록 파워가 200W 일 때 전기적 특성을 가질 지라도, 파워가 220W 일 때 높은 효율을 가졌다. 이것은 파워가 220W 일 때 높은 광학적인 특성과 두께로 생각해 볼 수 있다. 두 번째로, i-ZnO 박막층에 대해서 다룰 것이다. CIGS 박막태양전지에서 i-ZnO 박막의 역할은 CIGS 박막 태양전지 구동 시에 불필요한 전류가 흐르는 것을 막는 것이다. 이러한 특성을 향상시키기 위해서, 산소 분압, 스퍼터 파워 변화에 따른 i-ZnO 박막의 특성 변화를 확인한 후에 이를 CIGS 박막 태양전지에 적용 하였을 때 어떠한 특성 변화가 있는지에 대해서 살펴 볼 것이다. i-ZnO 박막의 경우에 산소 분압이 증가할수록 좋은 광학적인 특성을 가지게 된다. 이는 비 화학양론 적 이었던 i-ZnO 박막이 화학양론적으로 변화된 거에 기인한 것이라고 생각해 볼 수 있다. PL에서는 i-ZnO 박막이 Ar:O2=15:05(25%)일 때 낮은 결함들(oxygen vacancy, zinc interstitial)이 존재한다는 것을 확인 할 수 있었다. 이를 태양전지 제작에 적용 하였을 때, Ar:O2=20:01(5%)일 때 높은 효율을 가진다는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 밴드 구조의 변화와 series 저항의 값에 의한 것에 기인한 결과 값이다. 그리고 Ar:O2=15:05(25%)일 때 높은 Voc를 가진다는 것을 확인 할 수 있었는데, 이는 i-ZnO 박막에서의 낮은 결함에 의한 것이라 생각해 볼 수 있다. 스퍼터 파워 변화에서는, 투과도가 스퍼터 파워 변화에 따라서 거희 차이가 없는 것을 확인 할 수 있었다. PL에서는, 스퍼터 파워가 50W일 때의 i-ZnO 박막에서 낮은 결함들(oxygen vacancy, zinc interstitial)이 존재한다는 것을 확인 할 수 있었다. 이를 CIGS 박막 태양전지 제작에 적용 하였을 때, 스퍼터 파워가 50W일 때 높은 효율을 가진다는 것을 알 수 있었다. 이는 높은 Fill Factor, Voc 값으로 인한 것으로 생각해 볼 수 있다. 세 번째로, 전극 부분에 대해서 다룰 것이다. CIGS 박막 태양전지에서 전극의 역할은 전류를 수집하는 것이다. 이러한 특성을 향상시키기 위해서, Al 두께 변화, Ni(50nm)층을 사용하여서 CIGS 박막 태양전지 특성에 어떠한 변화가 있는지에 대해서 알아 볼 것이다...