Cd1-x ZnxS 박막의 소결 조건이 소결체 Cd1-xZnxS/CdTe태양전지의 특성에 미치는 영향

Abstract

$< III-1-1. 요약 >$ CdS에 첨가되는 ZnS와 $CdCl_2$ 양을 변화시키고 소결조건을 달리하여 제조한 $Cd_{1-x}Zn_xS$막들의 조성, 미세구조 그리고 광학적 성질등에 대한 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. $Cd_{1-x}Zn_xS$막의 제조시 10wt\% $CdCl_2$를 첨가하여 600$^\circ$C에서 1시간 소결했을 때, $Cd_{1-x}Zn_xS$ 소결막의 미세구조는 Zn농도 증가에 따라 기공이 많아지고 평균입도가 감소하여 광투과도가 매우 저하되었다. 이와 같은 현상은 소결시 $ZnS+CdCl_2\,\rightarrow\,CdS+ZnCl_2$ 화학 반응에 의해 $CdCl_2$보다 증기압이 큰 $ZnCl_2$가 생성 및 증발하여 소결 초기에 급격히 Zn손실을 초래하고 $CdCl_2$의 융제 역할을 저하시키기 때문으로, Zn농도 증가에 따라 $Cd_{1-x}Zn_xS$막의 미세구조 및 광투과도를 향상시키기 위해서는 화학 반응에 기인된 $CdCl_2$손실을 보충해야하고 더 많은 $CdCl_2$ 첨가량을 요했다. 600$^\circ$C에서 1시간 소결한 $Cd_{1-x}Zn_xS$막들에서 소결전에 첨가되는 ZnS양이 0, 10, 20mol\%인 경우에 밀집된 미세구조와 높은 광투과도를 갖기위해 요구되는 $CdCl_2$ 첨가량은 각각 15, 20, 25wt\%로 나타났으며, 소결 후의 Zn조성℃o} 각각 0, 6, 11mol\%로 나타났다. 그러므로 소결촉진제로 $CdCl_2$를 첨가하여 소결조건을 적정화함으로서 CdS막보다 높은 광투과도를 갖는 $Cd_{1-x}Zn_xS$막을 얻는 것이 가능하며, 소결막의 광투과도는 두께가 얇고 평균입도가 크며 기공이 없는 미세구조에서 최대를 나타내었다. $Cd_{1-x}Zn_xS$ 소결막의표면 미세구조는 CdS 소결막과는 달리 입계가 불분명하여 염산용액에 etching을 하여 미세구조를 관찰하였고, 소결시 $CdCl_2$와 $ZnCl_2$의 증발에 의해 $Cd_{1-x}Zn_xS$ 고상입자의 화학적 불안정성이 유발되어 CIGM (chemically induced grain boundary migration) 현상이 일어나기 때문에 $Cd_{1-x}Zn_xS$ 소결막의 입자형태는 CdS 소결막과는 달리 undulating grain boundary를 나타내는 등 불규칙한 입자형태를 나타내었다. $Cd_{1-x}Zn_xS$ 소결막의 미세구조 및 광투과도를 향상시키기 위해서 Zn농도에 따라 $CdCl_2$를 많이 첨가하는 대신에 $CdCl_2$ 증발 속도를 달리하여 소결 boat의 구멍수를 4개, 1개 그리고 밀폐시켜 600$^\circ$C에서 소결한 경우에 소결시간이 각각 60, 150, 180분일 때 광투과도가 최대를 나타내었다. $< III-2-1. 요약 >$ ZnS 첨가량에 따라 적정화된 $CdCl_2$양을 첨가하여 소결하고 재열처리하는 방법으로 제조한 높은 광투과도를 가진 $Cd_{1-x}Zn_xS$ 소결막을 이용하여 CdTe층의 소결 온도 및 $Cd_{1-x}Zn_x$S막의 Zn농도를 변화시켜 소결체 $Cd_{1-x}Zn_xS$/CdTe 태양전지를 제작하고 그 특성을 연구한 결과를 요약하면 다음과 같다. CdTe에 4.5wt\% $CdCl_2$를 첨가하고 CdTe 소결온도를 변화시키면서 1 시간 소결하여 제작한 $Cd_{1-x}Zn_xS$/CdTe 태양전지의 특성을 관찰한 결과 625$^\circ$C에서 태양전지의 효율이 가장 높은 것으로 나타났다. 광투과도가 높은 $Cd_{1-x}Zn_xS$ 소결막위에 4.5wt\% $CdCl_2$를 첨가한 CdTe slurry를 도포하여 625$^\circ$C에서 1시간 질소분위기에서 소결하여 제작한 $Cd_{1-x}Zn_xS$/CdTe 태양전지의 특성을 $Cd_{1-x}Zn_xS$막의 Zn농도에 따라 관찰한 결과 Zn농도 x=0.06에서 최대의 효율을 나타내었고, $Cd_{0.94}Zn_{0.06}S$/CdTe 태양전지의 효율은 76mW/$cm^2$ 태양광하에서 12.5\%를 나타내었다. Zn농도 증가에