새로운 Photo-MOCVD 장치를 이용한 무첨가 ZnO 박막의 특성과 Al, $H_2$ 의 도핑 효과

Abstract

Photo-MOCVD를 이용하여 증착한 ZnO는 비정질 실리콘 태양전지에서 사용 가능한 유망한 물질이다. ZnO는 수소 플라즈마에서 안정성을 갖고 있으며, 증착 온도도 낮아서 전면 투명전극, 후면 반사층, 그리고 적층형 구조의 중간층으로서의 활용 등, 다양하게 쓰일 수 있다. 본 실험에서는 무첨가 ZnO 박막을 $135 \\,^\\circ\\!C$, 6torr의 공정압력에서 DEZ(Diethylzinc)와 $H_2O$의 반응기제를 사용하여 증착하였다. UV를 조사하여 가장낮은 비저항은 $2.2 \\times 10^{-3} \\Omega cm$, 두께는 $1.2 \\mu m$였다. 그리고 TEA (Triethyulaluminum) MO-Source를 사용하여 Al의 도핑효과를 얻고자 하는 실험을 하였다. UV를 조사하지 않은 상태에서 Al을 도핑하면 비저항이 $1.2 \\times 10^{-2} \\Omega cm$에서 $7.0 \\times 10^{-3} \\Omega cm$으로 감소하였다. Al의 도핑 비율이 증가함에 따라 결정립의 크기도 증가하였다. 광학적 투과율도 85% 이상이었다. 그러나 UV를 조사한 경우 Al의 도핑 비율을 높여 보아도 $2.0 \\times 10^{-3} \\Omega cm$ 근처에서 비슷한 값의 비저항이 얻어질 뿐, 뚜렷한 비저항의 감소를 확인하지 못하였다. 수소를 in-situ 방법으로 증착 공정 과정과 동시에 첨가한 실험에서는 박막의 비저항이 $3.7 \\times 10^{-3} \\Omega cm$에서 $2.7 \\times 10^{-3} \\Omega cm$으로 감소하였고, 전자 이동도와 전자 농도는 각각 $54cm^{2}/Vs$와 $4.2 \\times 10^{19} cm^{-3}$이었다. 수소 도핑된 ZnO 박막의 전기적 안정성은 두드러지게 탁월하였는데, 대기중에서 600시간 열화 후에도 열화율이 0%였다. 본 실험을 통해서, 비정질 실리콘 태양전지에 적용가능한 고안정화 ZnO 박막의 제작 가능성을 기대해 볼 수 있었다.