RF-마그네트론 스퍼터로 증착한 SnS 박막과 이를 이용한 태양전지 소자의 제조 및 특성 평가 :Study on the fabrication and characterization of solar cell using SnS thin films deposited by RF-magnetron Sputtering Method

손승익

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자료유형: 학위논문

저자정보: 손승익 (부산대학교, 부산대학교 대학원)

지도교수: 손영국 송풍근

발행연도: 2020

저작권: 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수12

이 논문의 연구 히스토리 (5)

2020

RF 마그네트론 스퍼터링법으로 성장 된 SnS 박막의 구조적 및 광학적 특성에 대한 증착 압력의 영향

손승익 , 이상운 , 손창식 외 1명 Current Photovoltaic Research 2020.03 학술저널

RF-마그네트론 스퍼터로 증착한 SnS 박막과 이를 이용한 태양전지 소자의 제조 및 특성 평가

손승익 재료공학과 2020.01 학위논문

2019

RF 마그네트론 스퍼터링 증착 압력변화에 따른 SnS 박막의 구조적, 광학적 특성 연구

손승익 , 신동혁 , 김서한 외 3명 한국표면공학회 학술발표회 초록집 2019.05 학술대회자료

증착조건에 따른 SnS 박막의 미세구조 및 광학적 특성 연구

손승익 , 박성진 , 권종익 외 2명 한국진공학회 학술발표회초록집 2019.02 학술대회자료

2018

RF 마그네트론 스퍼터링으로 제조한 SnS 박막의 구조적 및 광학적 특성에 대한 열처리 효과

손승익 , 신동혁 , 김서한 외 3명 한국표면공학회 학술발표회 초록집 2018.11 학술대회자료

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단일 SnS 타깃을 사용하여 RF 마그네트론 스퍼터링 법(Radio frequency magnetron sputtering)으로 SnS 박막을 증착하였고, 공정 압력의 변화(0.6 ~ 2.6Pa)에 따른 SnS 박막의 구조적, 화학적, 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 결과, 모든 SnS 박막에서 (111)면 우선성장 배향성을 나타내었고, X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) 분석을 통해 324.5eV의 결합에너지를 갖는 사방정계(orthorhombic) 결정 구조의 SnS 박막이 성장되었음을 확인하였다. 증착 압력이 0.6Pa에서 2.0Pa로 증가함에 따라 SnS 박막의 증착 속도와 결정성(Crystallinity)은 향상되었고, 투과도 스펙트럼의 장파장 이동과 함께 광학 밴드 갭(Optical band gap)은 1.56eV (0.6Pa)에서 1.47eV (2.6Pa)로 감소하였다. 2.0Pa 의 공정 압력에서 증착한 SnS 흡수층을 기반으로 제조한 SnS 박막 태양전지(Al/ ITO/ i-ZnO/ CdS/ SnS/ Mo/ SLG)의 개방전압(Open-circuit voltage, Voc)는 0.14V이며, 10.28mA/cm2 의 단략전류(Short-circuit current density, Jsc)와 39.90%의 충진율(Fill factor, FF), 그리고 0.58%의 가장 높은 광전변환효율(Power conversion efficiency; PCE)를 보여주었다.

#재료공학 #태양전지 #SnS #스퍼터 #소자

1. 서 론 1
1.1. 연구 배경 3
2. 이론적 배경 8
2.1. 황화주석(SnS) 8
2.1.1. SnS 물성 8
2.2. SnS 박막 제조 기술 10
2.2.1. 스퍼터링 법(Sputtering) 10
2.2.2. 화학기상 층작법(Chemical vapor deposition) 16
2.2.3. 화학용액 성장법(Chemical bath deposition) 18
2.2.4. 열 증착법(Thermal evaporation) 19
2.3. 태양전지 20
2.3.1. 태양전지 원리 20
2.3.2. 화합물 박막 태양전지 구조 21
2.3.2.1. 기판(Substrate) 22
2.3.2.2. 후면 전극(Back contact) 23
2.3.2.3. 광흡수층(Absorber layer) 23
2.3.2.4. 버퍼층(Buffer layer) 24
2.3.2.5. 투명 전극(Window layer) 25
2.3.2.6. 전면 전극(Grid) 25
2.3.3. SnS 박막 및 SnS 태양전지 분석 장비 26
2.3.3.1. XRD(X-ray diffraction) 분석 26
2.3.3.2. Raman 분석 28
2.3.3.3. FE-SEM(Field emission-scanning electron microscope) 분석 30
2.3.3.4. XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석 32
2.3.3.5. UV-Vis-NIR spectrometer 분석 34
2.3.3.6. Solar simulator 전류밀도-전압 분석 35
2.3.4. SnS 태양전지 선행연구 37
3. 실험 장치 구성 및 실험 방법 39
3.1. SnS 박막 증착 및 태양전지 소자 제작 39
3.1.1 SnS 박막 증착 39
3.1.2. SnS 박막 태양전지 소자 제작 41
4. 실험결과 및 고찰 43
4.1. SnS 박막의 구조 특성 분석 43
4.1.1. XRD 분석 43
4.1.2. Raman 분광 분석 45
4.1.3. FE-SEM 분석 46
4.2. SnS 박막의 화학 특성 분석 49
4.2.1. XPS 분석 49
4.3. SnS 박막의 광학적 특성 분석 52
4.3.1. UV-Vis-NIR 분석 52
4.4. SnS 박막 태양전지의 특성 분석 54
5. 결론 57
참고문헌 58
Abstract 68

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