전구체 용액 공정을 이용한 화합물 반도체 CuInSe2 나노입자 합성

Abstract

Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 chalcopyrite 화합물, 특히 CuIn(Ga)Se2는 박막 태양 전지에서 광흡수 층으로 효과적인 물질이다. CuInSe2는 직접 천이형 밴드갭을 갖고 있으며, 다른 광흡수 화합물과 비교하여 광흡수 계수가 높다. 또한 장기간 동안 안정성이 높다. 이는 미국의 NREL에서 1988년에 10년 동안 옥외 실험을 통하여 증명한 바 있다. CIS (CIGS) 박막 태양 전지의 현재 최고 변환 효율은 19.5%이며, CIS 광흡수층을 제조하는 방법에는 동시증발법, 스퍼터링, 셀렌화, 전기적 증착법 등이 있다. 현재까지는 동시증발법을 사용한 CIS 박막 태양전지에서 가장 높은 변환효율을 얻은 바 있으나, 대면적 생산에 어려움이 있다. 그러므로 저가의 대면적 생산을 위해서는 무기 콜로이드 잉크를 이용한 CIS 박막 태양 전지의 개발이 필요하다. 본 연구는 새로운 전구체인 Cu(dmamp)2와 In(dmamp)2(btsa)를 이용하여 CuInSe2 나노입자를 합성하였다. 합성한 CuInSe2 나노입자의 구조는 Tetragonal 구조와 Wurtzite 구조이며, 각각 크기는 5~10 nm, 10~20 nm이다. 유기용매에서 분산력을 높이기 위해 계면활성제로 헥사데실아민을 사용하여 입자를 합성하였다. 나노입자 잉크 제조 시 사용한 유기용매는 톨루엔이며 40wt%로 잉크를 제조하였다. 또, 막의 치밀화를 높이기 위해 주석 전구체를 잉크 제조 시 첨가하였다. 기판으로는 몰리브데늄이 코팅된 소다회유리를 사용하였으며 코팅방법으로는 비진공 방법 중 drop casting 방법으로 CuInSe2 광흡수층을 코팅 하였다. 코팅한 기판은 열처리를 통해 막의 결정립(grains)을 성장시켜 박막의 특성을 평가하였다.