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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 임동건
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수7
이 논문의 연구 히스토리 (5)
2020
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CIGS 박막 태양전지에서 완충층으로 주로 사용되는 CdS는 인체에 해로우며, 단파장 영역에서의 빛을 투과하지 못하고 흡수하여, 광 손실을 일으키는 단점이 있다. Cd-free인 ZnS 완충층은 친환경적이며, 에너지 밴드갭이 크기 때문에 더 넓은 파장에서 빛 에너지를 p-n 접합 경계면으로 통과할 수 있다. 기존 CIGS 박막 태양전지용 ZnS 완충층 증착 시 S 전구체로 사용하는 티오요소는 증착률이 매우 낮아 많은 공정 시간이 소요되는 단점이 있다. 최근 S 전구체로 thioacetamide와 다양한 착화제를 사용하여 증착시간을 크게 줄이는 연구가 진행되고 있다. 하지만 thioacetamide를 사용 시 클러스터-클러스터 방식이 촉진되어, 입자성장은 빠르지만, 과립자의 형성으로 인해 박막의 특성이 저하되는 단점을 가지고 있다. Chemical bath deposition 방식으로 ZnS 완충층 제작 시 pH 값은 박막 특성에 많은 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 연구에서는 thioacetamide를 사용하여 ZnS 박막 증착 시 저하되는 특성을 개선하기 위해 pH 조절에 따른 박막의 특성을 분석하였으며, 착화제를 이용하여 박막의 특성을 향상시키는 연구를 진행하였다. pH 값을 변화하여 과립자의 수와 증착률에 대해 분석한 결과, pH가 높아질수록 과립자의 수가 많아졌으나, 증착률이 높아지는 것을 확인하였다. 하지만 pH가 낮아질수록 과립자의 수는 적어지나, 증착률이 매우 느려지는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 과립자의 수와 증착률에 대한 그래프를 나타내고 최적의 pH 값을 찾아 고정한 후 증착시간에 따른 ZnS 박막의 특성을 분석하였다. 최적의 과립자의 수와 증착률을 나타낸 pH 7 값을 고정한 후 증착시간에 따른 ZnS 박막의 특성 분석을 진행한 결과, 10분 이하의 증착시간에서는 입자가 성장하기에 충분한 공정이 이루어지지 않아 ZnS 박막이 형성되지 않은 것을 확인하였다. 15분의 증착시간에서 과립자가 적고, 50 ㎚의 균일한 박막이 증착된 것을 확인하였다. pH 7조건에서 15분 증착 시 염기성 pH 조건에서 증착한 ZnS의 박막보다 과립자의 수가 적고, 균일한 박막을 얻었으나, 균일성과 증착률 등 특성을 향상시키기 위해 착화제를 이용하여 박막의 특성을 개선하는 실험을 진행하였다.
pH 7 조건에서 tartaric acid 착화제를 첨가하여 ZnS 박막을 증착하였을 때 농도가 증가할수록 pH 값이 감소하여 입자의 크기가 작아지는 것을 확인할 수 있었으나, tartaric acid의 농도가 0.125 M에서 pH 값이 급격하게 낮아져 느린 입자 성장으로 공정시간동안 ZnS 박막을 형성하지 못한 것을 확인하였다. 0.05 M의 농도에서 ZnS 조성비가 1:1에 가장 가까우며, 87%의 높은 투과도를 확인하였다.
Tartaric acid 농도를 0.05 M로 고정한 후 증착시간에 따른 ZnS 박막을 분석한 결과, 10분 이하의 증착시간에서 입자 성장이 충분히 이뤄지지 않아 균일하게 성장하지 못한 것을 확인하였다. 12.5분 이상의 증착시간부터 ZnS 박막이 형성되는 것을 확인하였다. 12.5분의 공정시간에서 약 50 ㎚의 두께를 확인하였으며, 조성비는 Zn 이온 56.57%, S 이온 43.43%로 나타났다. pH 조절과 tartaric acid 착화제를 통해 균일하고 87%의 높은 광 투과도를 가지는 향상된 ZnS 박막을 제작할 수 있었다.
pH 7 조건에서 tartaric acid 착화제를 첨가하여 ZnS 박막을 증착하였을 때 농도가 증가할수록 pH 값이 감소하여 입자의 크기가 작아지는 것을 확인할 수 있었으나, tartaric acid의 농도가 0.125 M에서 pH 값이 급격하게 낮아져 느린 입자 성장으로 공정시간동안 ZnS 박막을 형성하지 못한 것을 확인하였다. 0.05 M의 농도에서 ZnS 조성비가 1:1에 가장 가까우며, 87%의 높은 투과도를 확인하였다.
Tartaric acid 농도를 0.05 M로 고정한 후 증착시간에 따른 ZnS 박막을 분석한 결과, 10분 이하의 증착시간에서 입자 성장이 충분히 이뤄지지 않아 균일하게 성장하지 못한 것을 확인하였다. 12.5분 이상의 증착시간부터 ZnS 박막이 형성되는 것을 확인하였다. 12.5분의 공정시간에서 약 50 ㎚의 두께를 확인하였으며, 조성비는 Zn 이온 56.57%, S 이온 43.43%로 나타났다. pH 조절과 tartaric acid 착화제를 통해 균일하고 87%의 높은 광 투과도를 가지는 향상된 ZnS 박막을 제작할 수 있었다.
목차
Ⅰ.서론 1Ⅱ.이론적배경 31.태양전지 32.CIGS박막태양전지 53.CIGS박막태양전지기본구조 74.화학습식공정법 125.ZnS완충층 14Ⅲ.실험방법 171.기판세척 172.ZnS박막제조공정 183.분석방법 22Ⅳ.결과및고찰 241.pH변화에따른ZnS박막제작및특성분석 241)pH변화에따른ZnS박막의특성분석 242)pH7조건에서증착시간에따른ZnS박막특성분석 302.박막의특성개선을위한착화제첨가에따른pH7조건의ZnS특성분석 351)Hydrazinehydrate농도에따른pH7조건의ZnS박막제작및특성분석 352)Hydrazinehydrate착화제를이용한증착시간에따른ZnS박막특성분석 403)Tartaricacid농도에따른pH7조건의ZnS박막제작및특성분석 444)Tartaricacid착화제를이용한증착시간에따른ZnS박막특성분석 49Ⅴ.결론 53참고문헌 55Abstract 58
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