고분자공학실험 | 박막 태양전지

 

 

 

TIP

 

 

1. CZTSSe 흡수층 구조를 통해서 박막 태양 전지를 이해하고 특성을 평가한다.
2. 실험 1 : S/Se 파우더 비율을 조절하여 흡수층의 band gap을 조절한다.
3. 실험 2 : 솔라 시뮬레이터를 이용하여 태양 전지의 특성을 평가한다.

 

 

CIGS는 효율이 23%로 굉장히 높지만 In과 Ga의 희소성과 유독성 때문에 Zn와 Sn으로 대체한 CZTSSe 연구의 필요성이 높아지고 있다. CZTSSe는 CIGS에 비해 독성이 없고 자원이 풍부하여 경제적이지만 아직 최고 효율이 13% 정도로 CIGS에 비교하면 매우 낮다. CZT는 Cu, Zn, Sn으로 metal sputter(DC)를 이용해 올린다.

 

 

그 후, 열처리 과정에서 S와 Se 파우더를 넣어주는데 이 비율에 따라 특성이 달라진다. S를 넣지 않고 Se만 넣으면 conduction band offset이 커져서 CZTSSe의 전위 장벽이 높아져 전자가 잘 흐를 수 없다. 반대로 S만 넣고 Se를 넣지 않으면 band gap이 넓어져서 빛을 흡수할 수 있는 파장 영역대가 줄어들어 전류가 감소한다. 따라서 S/Se 비율을 적절히 조절하여야 한다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) Mo 기판 위에 CZT를 Metal sputter과정을 통해 올리게 되면 오른쪽 사진처럼 분홍색을 띠게 된다. 왼쪽 샘플은 열처리를 해주기 전에 CZT를 잘 합성시켜주기 위해 soft annealing을 해준 것으로, 회색을 띠게 된다.

 

2) S/Se 파우더를 넣고 열처리를 해주면 왼쪽에 있는 (f)정도의 진회색이 나온다.

 

 

3) 열처리 후에 CBD 공정을 하는데 시간이 지날수록 Bath 안의 화학물질이 노랗게 변하면서 막 표면에 CdS가 증착된다.

 

4) 증착이 되면 CBD 공정 시에 고정시켜놨던 부분을 제외하고 증착된다.

 

5) 그 후 바로 sputter를 이용해 투명전극을 증착(이번 실험의 셀은 MGZO를 증착함)

 

6) 투명전극을 올린 뒤, 삼지창 모양의 알루미늄 마스크를 붙여 삼지창 부분만 알루미늄이 증착될 수 있게 해준다.

 

 

7) 스퍼터에서 샘플을 빼주면 마스크 모양대로 알루미늄이 증착되어 있다. 샘플을 총 6개의 셀로 나눠주고 밑 부분을 Mo가 보일 때까지 긁어낸 후 실버페이스트를 바른다.

 

 

8) 솔라 시뮬레이터를 이용해 팁을 접촉시켜 특성을 측정한다. 셀 1개당 총 6개의 J-V curve(특성값)를 얻을 수 있다.

 

 

 

[고분자공학실험]박막 태양전지 레포트