Sol-gel법에 의한 박막태양전지용 Cu2ZnSnS4 박막의 증착과 특성
Characterization and deposition of Cu2ZnSnS4 film for thin solar cells via sol-gel method
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초록
박막 태양전지의 저가·고효율화를 실현하기 위해 넓은 면적의 기판 위에 코팅이 가능하며 진공의 유지가 필요가 없고 장치가 간단하며 고순도의 균질한 박막을 얻을 수 있고 박막의 조성을 쉽게 조절할 수 있는 Sol-Gel법을 이용하였다. Se보다 저가이며 독성이 없고 풍부한 원료인 S로 치환하여 사용하며 Zn/Sn비 값을 조절하고 kesterite 구조를 갖는Cu2ZnSnS4의열처리 온도에 따른 박막의 구조적, 광학적 특성에 미치는 변수들의 영향을 알아보았다. XRD pattern을 관찰한 결과 Zn/Sn비가 0.8/1.2일 때 2θ = 28.5o에서 주피크가 가장 강하게 나타났으며 (112) 방향의 배향성을 가진 kesterite 상임을 확인 할 수 있었다. 열처리 온도가 증가할수록 (112) 면의 강도가 커지며 550oC에서 열처리를 한 Cu2ZnSnS4 박막은kesterite 구조의 화학량론적 Cu2ZnSnS4 특징을 나타내고 본 실험의 샘플의 격자상수를 측정한 값이 a = 5.5047 and c =11.014 이며 JCPDS(Joint Committee on Powder Standards)에 보고된 데이터 a = 5.427 and c = 10.848 과 거의 일치 하였다. 광학적 특성을 알아보기 위해 측정한 광투과율은 가시광선 영역(380~770 nm)에서 전체적으로 65 % 이하로 나타났다.
Abstract
To achieve low-cost and high-efficiency of thin-film solar cells applications, the sol-gel method that can be coated on a large area substrate, obtain homogeneous thin films of high purity was used. We studied structural and optical characteristics versus annealing temperature of Cu2ZnSnS4 which has kesterite structure by substitution low-cost sulfur (S)instead of high-cost selenium (Se). By analyzing XRD patterns, main peak was observed at 2θ = 28.5o when Zn/Sn ratio is 0.8/1.2. And when we observed kesterite structure which has orientation of (112) direction, the more annealing temperature increase the bigger strength of (112) direction is. Cu2ZnSnS4 thin film showed characteristics of kesterite structure at 550oC. And when we calculated lattice constant, a = 5.5047 and c = 11.014 as same JCPDS (Joint Committee on Powder Standards) data measured. We measured optical transmittance to analyze optical characteristics. Optical transmittance was lower than 65 % at visible ray (λ = 380~770 nm).
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