단축공정 동시진공증발법을 이용한 CIGS 박막 태양전지 연구

Abstract

현재까지 개발된 CIGS 증착 공정 중 20% 이상의 고효율 달성에 성공한 유일한 기술은 NREL에서 개발한 3단계 동시진공증발공정으로서, 1단계에서 In, Ga, Se vapor, 2단계에서 Cu,Se vapor, 3단계에서 다시 In, Ga, Se vapor를 기판에 공급하는 방식으로 진행된다. 특히 2단계에서 형성되는 Cu-Se 이원 화합물은 융점이 일반적인 기판 온도 정도로 낮아 (∼523℃)액상 소결을 유도함으로써 조대한 입자 성장 및 이로 인한 효율 향상을 가져오는 것으로 알려져 있다. 그러나, 양산화 측면을 고려할 때 원소들의 각 단계별 flux 조절이 복잡하고 박막 증착시간이 긴 (60분 이상, effusion cell 및 기판의 온도 상승·하강 및 안정화 시간 제외) 3단계 기법은 공정 단가 절감에 한계를 갖는 것으로 판단된다. 이에 따라 공정 단계를 되도록 간단히 하면서도 박막 증착 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 단축 공정 개발이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 1단계(single step) 기반 동시진공 기법을 이용한 단축공정 개발을 시도하였다. | CuIn1− xGaxSe2 (CIGS) thin film solar cells have attracted interest from many research groups and industry worldwide as the CIGS is a promising absorber material to fabricate low cost solar cells with high conversion efficiency without material degradation for widely used electricity generation. Only a CIGS absorber deposition technology resulting in over 20% of conversion efficiency of CIGS solar cells is the 3-stage co-evaporation process developed by NREL (National Renewable Energy Laboratory). The 3-stage process consists of ‘stage 1’ depositing only In, Ga and Se, ‘stage 2’ for Cu-Se deposition at the substrate temperature (Tsub) raised to 500~600°C, and ‘stage 3' for In, Ga and Se supply to obtain the targeted composition of CIGS film. It is known that the effect of CuxSe compound formed in 'step 2' as a flux enhances grain growth of CIGS thin films which can improve the solar cell performance because of the melting point of this binary compound close to Tsub (∼523°C). However, the 3-stage process is not so economical taking into account complexity of flux control at several stages, long deposition time and so on. A single-step based co-evaporation process has been studied, in this work, which is easier for controlling and faster for depositing absorber layers, satisfying the requirements of low cost and high throughput for the commercial success of CIGS module.; CuIn1&#8722