$Na_2S$를 사용한 후속공정으로 개선된 $Cu(In,Ga)Se_2$ 박막의 표면 특성과 이를 활용한 고효율 CIGS 태양전지 제조

Abstract

$Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) 태양전지의 산업적 활용을 위해 중요한 과제로는 대량 생산에 용이한 공정의 개발과 모듈 효율의 증대가 있다. 현재 소면적의 고효율 소자를 제조하는데 사용되는 3단계 진공증발법을 이용한 태양전지들에서 20% 이상의 높은 효율이 보고되고 있다. 그러나 이 방법은 대면적화가 어렵고 $500^\circ C$이상의 공정온도가 필요하다. 본 연구에서는 Cu 및 Se이 부족한 조성에서의 액상 보조 성장에 의해 $500^\circ C$ 이하의 온도에서 큰 결정립을 가지는 CIGS 박막의 성장 과정을 분석하였다. 박막 성장시의 온도에 의한 영향을 $350^\circ C$ 에서 $550^\circ C$의 범위에서 관찰하였다. $400^\circ C$에서 성장한 박막의 Se 분위기에서의 열처리시 온도를 $400^\circ C$에서 $550^\circ C$로 변화시켰을 때 나타나는 박막 내의 원소 분포와 저온 photoluminescence(PL) 특성 및 태양전지 특성을 비교하였다.

태양전지 성능의 향상을 위해 CIGS 박막에 $Na_2$S를 사용한 표면처리를 진행하였다. $Na_2$S 공급량, 열처리 온도 및 시간을 변화시켰을 때 나타나는 태양전지 특성 변화를 관찰하였다. 표면처리 이후 CIGS 박막에서 나타나는 특성 변화에 대한 분석을 통해 에너지 밴드 구조 변화와 deep level defect 생성 억제를 볼 수 있었다. 3단계 진공증발법으로 제조한 CIGS 박막에 $Na_2$S 표면처리와 반사방지막 사용을 통해 19.2%의 효율을 얻을 수 있었다.