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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김상호
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 한국기술교육대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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Zinc Oxide (ZnO)는 박막태양전지로서의 필수적 요소인 광학적 및 전기
적 특성을 만족하며, 비교적 풍부한 자원 분포와 저렴한 비용으로써,
CuInGaSe2(CIGS)기반 박막태양전지의 전면접촉전극에 흔하게 사용되어
지는 재료이다.
고성능의 CIGS 태양전지를 제작하기 위해서, 전지 내 전면접촉전극 부분
은 낮은 비저항과 높은 투과율이 요구된다. 그래서, 이러한 전기적 특성을
증진시키기 위한 노력들이 널리 수행되어왔다. 비록 이 부분에 관련된 연
구들이 이상적인 태양전지를 제작하기 위한 전망들을 보여 주었지만, 이
러한 노력들은 여전히 전기화학적 안정성 측면 중 하나인 박막의 내식성
을 사소한 요소로서 보고 있다. 따라서, 접촉전극을 제조하는데 있어서,
내식성 측면에서 중요하게 고려되어야 할 요소들을 세밀하게 파악할 필요
가 있다.
본 실험에서는 수소가스가 TCO 박막에 미치는 영향을 연구하기 위해
AZO( Al2O3 : 2wt%, ZnO : 97wt%), GZO(Ga2O3 3wt%, ZnO : 97wt%)
target을 이용하여 RF magnetron sputtering을 이용하여 AZO, GZO,
AGZO 박막을 증착하였다. 각 target의 RF power는 60W를 인가하였으며
sputtering 가스로는 Ar:99.999%, Ar+10%H2 혼합 가스를 사용하였다. 유
량은 60sccm으로 고정하여 H2/(Ar+H2) gas flow ratio 0 ~ 10%를 변수로
하여 박막을 증착하였다. 모든 박막은 c-axis 인 (002) 방향을 따라 우선
적으로 성장하였으며 수소함량이 증가할수록 박막의 결정성이 향상되었
다. 또한 박막 내 수소는 전기적 특성을 향상시킨다. Sputtering 공정 시
수소의 영향으로 인하여 박막의 비저항 값이 감소하는 경향을 보였다. 이
는 수소가 n-type 반도체 특성을 가지는 ZnO계에서 Shallow donor로써
의 역할과 박막 내에 존재하는 산소 와 결합하여 OH- 기를 만들어 산소
공공의 증가에 따른 carrier 농도의 증가 효과를 보여주었으며 그에 따라
전기적 특성이 향상되었다. 박막의 전기화학적 내식성 평가는 분극시험을
통해 측정하였다. 박막의 전기화학적 내식성은 Grain 과 Grain boundary
로 설명할 수 있다. 일반적으로 Grain boundary에서 박막의 부식이 발생
하는데 Grain size 크기가 증가함에 따라 박막 표면 내의 Grain
boundaries density 양이 줄어들어 내식성을 향상시킨 것으로 판단된다.
결론적으로 전기화학적 내식성은 Grain size가 가장 큰 6%에서 가장 우
수한 것으로 판단된다.
적 특성을 만족하며, 비교적 풍부한 자원 분포와 저렴한 비용으로써,
CuInGaSe2(CIGS)기반 박막태양전지의 전면접촉전극에 흔하게 사용되어
지는 재료이다.
고성능의 CIGS 태양전지를 제작하기 위해서, 전지 내 전면접촉전극 부분
은 낮은 비저항과 높은 투과율이 요구된다. 그래서, 이러한 전기적 특성을
증진시키기 위한 노력들이 널리 수행되어왔다. 비록 이 부분에 관련된 연
구들이 이상적인 태양전지를 제작하기 위한 전망들을 보여 주었지만, 이
러한 노력들은 여전히 전기화학적 안정성 측면 중 하나인 박막의 내식성
을 사소한 요소로서 보고 있다. 따라서, 접촉전극을 제조하는데 있어서,
내식성 측면에서 중요하게 고려되어야 할 요소들을 세밀하게 파악할 필요
가 있다.
본 실험에서는 수소가스가 TCO 박막에 미치는 영향을 연구하기 위해
AZO( Al2O3 : 2wt%, ZnO : 97wt%), GZO(Ga2O3 3wt%, ZnO : 97wt%)
target을 이용하여 RF magnetron sputtering을 이용하여 AZO, GZO,
AGZO 박막을 증착하였다. 각 target의 RF power는 60W를 인가하였으며
sputtering 가스로는 Ar:99.999%, Ar+10%H2 혼합 가스를 사용하였다. 유
량은 60sccm으로 고정하여 H2/(Ar+H2) gas flow ratio 0 ~ 10%를 변수로
하여 박막을 증착하였다. 모든 박막은 c-axis 인 (002) 방향을 따라 우선
적으로 성장하였으며 수소함량이 증가할수록 박막의 결정성이 향상되었
다. 또한 박막 내 수소는 전기적 특성을 향상시킨다. Sputtering 공정 시
수소의 영향으로 인하여 박막의 비저항 값이 감소하는 경향을 보였다. 이
는 수소가 n-type 반도체 특성을 가지는 ZnO계에서 Shallow donor로써
의 역할과 박막 내에 존재하는 산소 와 결합하여 OH- 기를 만들어 산소
공공의 증가에 따른 carrier 농도의 증가 효과를 보여주었으며 그에 따라
전기적 특성이 향상되었다. 박막의 전기화학적 내식성 평가는 분극시험을
통해 측정하였다. 박막의 전기화학적 내식성은 Grain 과 Grain boundary
로 설명할 수 있다. 일반적으로 Grain boundary에서 박막의 부식이 발생
하는데 Grain size 크기가 증가함에 따라 박막 표면 내의 Grain
boundaries density 양이 줄어들어 내식성을 향상시킨 것으로 판단된다.
결론적으로 전기화학적 내식성은 Grain size가 가장 큰 6%에서 가장 우
수한 것으로 판단된다.
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