열처리한 소결체 CdS 박막의 전자적 특성 및 CdTe층의 제조 조건이 CdS/CdTe 태양전지의 특성에 미치는 영향

Abstract

$<$ III-1-2 요약 $>$ 소결촉진제로 $CdCl_2$를 첨가하여 제조한 CdS소결막의 전기및 광학적 성질과 열처리 영향을 연구한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. CdS 소결막의 전기비저항은 소결시간이 길어질수록 감소하며, 소결온도가 $600\,^\circ\!C$일 때는 100분이상 650일 경우는 60분이상되면 약 0.3$\Omega$-cm로 되었다. 2. $600\,^\circ\!C$에서 15분간 열처리한 CdS소결막의 전기비저항은 이전의 소결시간에 상관없이 거의 일정하게(0.3$\Omega$-cm) 나타났다. 3. Hall measurement결과 CdS소결막의 electron concentration은 소결온도가 $600\,^\circ\!C$와 $650\,^\circ\!C$일 때 각각 $5.6\times10^{17}$과 $8.0\times10^{17}/cm^3$으로 소결시간에 무관하게 같은 값을 나타내었다. 4. 따라서 CdS소결막의 전기비저항은 electron mobility에 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 5. CdS소결막의 electron mobility는 grain boundary trap density와 관련된 grain boundary barrier height와 CdS입자간의 contact area로 설명할 수 있었는데, 소결막에 잔류하는 $CdCl_2$는 CdS입자간의 contact area를 감소시키고 grain boundary trap density를 증가시키는 것으로 나타났다. 6. CdS소결막을 열처리하면 잔류 $CdCl_2$가 제거되면서 grain boundary trap density가 감소하고 contacting정도가 양호해져 electron mobility가 증가하였다. 7. CdS소결막의 광투과도는 소결시간이 증가함에 따라 약 65\%정도의 최대값을 보이다가 감소하는 경향을 나타내었으며, 열처리전후의 광투과도의 변화는 소결막의 입자크기와 소결막내에 잔류하는 $CdCl_2$의 양에 따라 서로 다르게 나타났다. 8. 열처리는 양산시 소결막의 제 성질을 균질화할 수 있는 공정으로 제안한다. $<$ III-2-1 요약 $>$ 열처리한 CdS소결막을 이용하여 CdTe층의 소결온도및 소결시간, CdCl2첨가량과 CdTe층의 도포폭을 변화시켜 소결체 CdS/CdTe 태양전지를 제작하고 그 특성을 살펴보았다. 그 결과 다음과 같이 요약할 수 있다. 1. CdTe층에 4 wt\% $CdCl_2$를 첨가하고 소결온도와 시간을 달리하여 제조한 태양전지의 효율은 적절한 소결온도와 소결시간에서 극대값을 나타내었는데, 단락전류와 충실도에 영향을 받고 있는 것으로 나타났으며, $625\,^\circ\!C$에서 1시간 소결하여 제조한 태양전지가 85mW/$cm^2$의 태양광하에서 12.5\%의 효율을 나타내었다. 2. 단락전류는 소결시 형성된 junction의 특성에 영향을 받으며 spectral response측정 결과 소결온도가 낮거나 소결시간이 짧은 경우 계면 재결합 손실이 크고 소결온도가 높으면 계면에 두꺼운 soid solution이 형성되어 단파장영역의 response를 감소되는 것으로 나타났다. 3. 태양전지의 충실도는 dark J-V characteritic과 series resistance와 관계지워 설명할 수 있었으며, CdTe층에 첨가한 $CdCl_2$와 소결조건에 크게 영향을 받고 있는데 CdTe소결시 interdiffusion에 의한 solid solution이 CdS와 CdTe간의 lattice mismatch를 줄여주어 junction quality를 향상시키는 역할을 하는 것으로 사료되었다. 4. CdTe층에 $CdCl_2$를 첨가한 경우 CdTe의 소결온도가 낮거나 소결시간이 짧을 때 dark current transport는 tunnelling mechanism으로 사료되었으며, 소결온도나 소결시간이 증가함에 따라 recombination and generation mechanism으로 되었고, $CdCl_2$가 interface state와 밀접한 관계가