목차
표제지=0,1,1
제출문=0,2,1
요약문=i,3,3
SUMMARY=iv,6,3
CONTENTS=vii,9,2
목차=ix,11,1
그림목차=x,12,7
표목차=xvii,19,1
제1장 서론=1,20,8
제2장 다결정 실리콘 박막 태양전지=9,28,1
제1절 연구의 필요성 및 목적=9,28,2
제2절 저온 다결정 실리콘 박막 및 태양전지:연구동향=11,30,52
제3절 Textured ZnO:Al 투명전도막 제조=63,82,36
제4절 다결정 실리콘 박막 및 태양전지=99,118,76
제3장 CulnGaSe₂박막 태양전지=175,194,1
제1절 연구의 필요성=175,194,2
제2절 연구동향=177,196,1
제3절 단위박막 및 태양전지 제조와 특성 분석=178,197,8
제4절 Cu(In,Ga)Se₂박막 태양전지 제조 및 특성=186,205,45
제4장 결론=231,250,2
부록:일본,미국,유럽 태양광 연구개발,태양전지 생산,시장활성화 정책(Status of PV Research,Solar Cell Production and Market Implementation in Japan,USA and the European Union)=233,252,40
영문목차
[title page etc.]=0,1,8
CONTENTS=vii,9,11
Chapter 1 Introduction=1,20,8
Chapter 2 Polycrystalline silicon thin-film solar cells=9,28,1
Section 1. Objective and significance of this research=9,28,2
Section 2. Low temperature polycrystalline silicon thin film and solar cells:current R&D status=11,30,52
Section 3. Fabrication of textured ZnO:Al for transparent conductive oxide=63,82,36
Section 4. Polycrystalline silicon thin film and solar cells=99,118,76
Chapter 3. CulnGaSe₂thin-film solar cells=175,194,1
Section 1. Objective of this research=175,194,2
Section 2. Current R&D status=177,196,1
Section 3. Fabrication and characterization of thin films and solar cells=178,197,8
Section 4. Fabrication and characterization of Cu(In,Ga)Se₂thin-film solar cells=186,205,45
Chapter 4. Concl usion=231,250,2
Appendix=233,252,40
[그림 1-1] 태양전지의 재료별 생산량 추이(1987-2001)=2,21,1
[그림 1-2] 전세계 지역별 태양광모듈 생산량 추이=4,23,1
[그림 1-3] 국내 태양광 모듈 보급량 추이=4,23,1
[그림 1-4] 결정질 실리콘 태양전지의 가격과 효율 추이=5,24,1
[그림 1-5] 전세계 태양전지 생산량 전망=5,24,1
[그림 2-1] 다결정 실리콘 박막 태양전지의 특성=10,29,1
[그림 2-2] 다결정 실리콘 박막(좌) 및 c-Si 웨이퍼형(우) 태양전지 구조 비교=10,29,1
[그림 2-3] 다양한 증착 방법에 의한,여러 기판온도에서의 μc-Si:H의 증착률=24,43,1
[그림 2-4] HWCVD 방법으로 제작된 profiled 막의 단면사진=27,46,1
[그림 2-5] HWCVD poly-Si의 ESR 스펙트럼=31,50,1
[그림 2-6] μc-Si:H의 density of states=33,52,1
[그림 2-7] HWCVD 법에 의해 제작된 poly-Si의 FTIR 스펙트럼=39,58,1
[그림 2-8] SS/n-i-p/ITO/Ag 태양전지의 TEM 단면사진=46,65,1
[그림 2-9] 결정 크기에 따른 개방전압 특성=48,67,1
[그림 2-10] 두가지 종류의 다결정 실리콘 막의 XRD 스펙트럼=49,68,1
[그림 2-11] 두가지 종류의 다결정 실리콘의 흡수계수=50,69,1
[그림 2-12] ZnO의 결정 구조=64,83,1
[그림 2-13] Zn/oxygen의 상태도=64,83,1
[그림 2-14] 태양전지에서 입사 광의 TCO 표면에서의 산란과 광 흡수층 (absorber)에서의 포획=66,85,1
[그림 2-15] 평탄한 표면을 갖는 ZnO:Al(smooth ZnO)과 표면 texture를 갖는 ZnO:Al(textured ZnO)을 이용하여 제작된 pin a-Si:H 박막 태양전지의 양자효율(quantum efficiency)=68,87,1
[그림 2-16] glass/TCO와 TCO 층에 대한 다른 종류의 TCO 재료의 'true' 광흡수도=70,89,1
[그림 2-17] 다른 종류의 TCO 재료 위에 증착된 pin a-Si:H 박막 태양전지의 양자효율=70,89,1
[그림 2-18] 모듈 생산 단가=71,90,1
[그림 2-19] rf 마그네트론 스퍼터링 장치의 개략도=73,92,1
[그림 2-20] rf 마그네트론 스퍼터링 장치의 계통도=73,92,1
[그림 2-21] Ar pressure에 따른 증착률와 비저항=75,94,1
[그림 2-22] AFM을 이용한 분석한 표면적 특성 (2D)=76,95,1
[그림 2-23] AFM을 이용한 분석한 표면적 특성 (3D)=77,96,1
[그림 2-24] Ar pressure에 따른 total transmittance=78,97,1
[그림 2-25] 기판온도에 따른 ZnO:Al 막의 증착률과 비저항 변화=79,98,1
[그림 2-26] Ar pressure 0.9mTorr에서 기판온도의 변화에 따른 400nm-800nm 파장영역에서의 total transmittance의 평균값=80,99,1
[그림 2-27] 0.9mTorr와 2mTorr에서의 에칭시간에 따른 resistivity의 변화=83,102,1
[그림 2-28] 0.9mTorr(100℃)에서 증착된 ZnO:Al 박막의 식각 시간에 따른 투과도 변화=84,103,1
[그림 2-29] 0.9mTorr(100℃)에서 증착된 ZnO:Al 박막의 식각 시간에 따른 투과도(total and diffused) 및 안개율(haze) 변화=84,103,1
[그림 2-30] 2mTorr(300℃)에서 증착된 ZnO:Al 박막의 식각 시간에 따른 파장별 투과도(totla and diffused) 변화=85,104,1
[그림 2-31] 2mTorr에서 증착된 ZnO:Al 박막의 기판온도 및 식각 시간에 따른 투과도와 안개율 변화=86,105,1
[그림 2-32] 0.9mTorr와 2mTorr에 각각 증착된 ZnO:Al 박막의 식각 시간에 따른 두께 변화=87,106,1
[그림 2-33] 2mTorr에 증착된 ZnO:Al 박막의 기판온도 및 식각 시간에 따른 두께 및 면저항(sheet resistance) 변화=88,107,1
[그림 2-34] 2mTorr,300℃에서 60초 에칭시의 ZnO:Al 박막과 Asahi U와의 transmittance 비교=89,108,1
[그림 2-35] 0.9mTorr(100℃)에서의 rms roughness=91,110,1
[그림 2-36] 2mTorr(100℃,200℃,300"C)에서의 rms roughness=91,110,1
[그림 2-37] 0.9mTorr(100℃))에서의 에칭시간별 AFM(2D & 3D)=92,111,1
[그림 2-38] 2mTorr(100℃))에서의 에칭시간별 AFM(2D & 3D)=93,112,1
[그림 2-39] 2mTorr(200℃))에서의 에칭시간별 AFM(2D & 3D)=94,113,1
[그림 2-40] 2mTorr(300℃))에서의 에칭시간별 AFM(2D & 3D)=95,114,1
[그림 2-41] 제작된 박막 태양전지 제작용 Cluster Tool System 사진(위)과 전체 시스템의 구성도(아래)=102,121,1
[그림 2-42] 기판온도 보정을 위한 heating block과 유리기판 및 열전온도계의 위치=103,122,1
[그림 2-43] Theater(이미지참조)에 따른 Tglass(이미지참조) 변화(위),반응실 압력에 따른 Tglass(이미지참조) 변화(아래)=104,123,1
[그림 2-44] Theater(이미지참조) 600℃에서 시간에 따른 Tglass(이미지참조) 변화=105,124,1
[그림 2-45] 박막의 두께 균일도:50mm×50mm 유리기판에서 두께 측정 방향(위),위치에 따른 박막의 두께(아래)=106,125,1
[그림 2-46] 단결정(single c-Si) 실리콘과 다결정 실리콘 박막의 Raman 스펙트럼 비교=110,129,1
[그림 2-47] 다결정 실리콘 박막의 결정체적분율을 구하기 위한 Raman 스펙트럼의 deconvolution 그래프=111,130,1
[그림 2-48] Conductivity 측정을 위한 시료=112,131,1
[그림 2-49] Si-H 결합형태와 관련되는 흡수주파수와 oscillation mode의 관계=112,131,1
[그림 2-50] SiH₄/(SiH₄+H₂)에 따른 막의 증착율=116,135,1
[그림 2-51] SiH₄/(SiH₄+H₂)에 따른 실리콘 박막의 Raman 특성(위) 및 결정체적분율(아래)=117,136,1
[그림 2-52] PECVD에서 다결정 실리콘 박막 성장 모델 에칭모델(상),표면 확산모델(중),chemical annealing 모델(하)=118,137,1
[그림 2-53] SiH₄/(SiH₄+H₂)비에 따른 실리콘 박막의 암 전도도,광 전도도 및 광 감응도=119,138,1
[그림 2-54] Theater(이미지참조) 300℃와 450℃에서 SiH₄/(SiH₄+H₂) 유량비에 따른 실리콘 박막의 전기적 특성 변화=120,139,1
[그림 2-55] Theater(이미지참조) 변화에 따른 실리콘 박막의 Raman 특성 및 결정체적분율=122,141,1
[그림 2-56] Theater(이미지참조) 변화에 따른 실리콘 박막의 전기적 특성=123,142,1
[그림 2-57] 증착시간에 따른 시리콘 박막의 Raman 스펙트럼 및 결정체적분율=125,144,1
[그림 2-58] 증착시간에 따른 실리콘 박막의 전기적 특성=126,145,1
[그림 2-59] rf power에 따른 실리콘 박막의 Raman 스펙트럼,결정체적분율 및 증착율=128,147,1
[그림 2-60] rf power 15W에서 Theater(이미지참조)에 따른 실리콘 박막의 Raman 스펙트럼 및 결정체적분율=129,148,1
[그림 2-61] 제작된 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막 태양전지의 구조=131,150,1
[그림 2-62] 제작된 a-Si:H 태양전지에서 p a-SiC:H 증착시간에 따른 AM 1.5에서의 I-V 특성=133,152,1
[그림 2-63] p a-SiC:H 증착시간에 따른 a-Si:H 박막 태양전지의 External Quantum Efficiency=134,153,1
[그림 2-64] 제작된 다결정 실리콘 박막 태양전지의 구조=137,156,1
[그림 2-65] 제작된 다결정 실리콘 박막 태양전지에서 p μc-Si:H 증착시간에 따른 특성 변화=138,157,1
[그림 2-66] Textured ZnO:Al과 평탄한(Flat) 표면구조를 가진 ZnO:Al을 통하여 입사된 빛의 I층에서의 경로 변화=139,158,1
[그림 2-67] 전면 ZnO:Al 투명전도막의 etching 시간에 따른 태양전지의 I-V 특성=142,161,1
[그림 2-68] 전면 ZnO:Al 투명전도막의 etching 시간에 따른 태양전지 특성 변화=143,162,1
[그림 2-69] SiH₄농도에 따른 태양전지의 동작 특성=146,165,1
[그림 2-70] n층이 a-Si:H일 때와 μc-Si:H 일 때 태양전지의 동작특성 비교=148,167,1
[그림 2-71] SiH₄농도에 따른 태양전지의 동작 특성=152,171,1
[그림 2-72] SiH₄농도에 따른 다결정 박막 태양전지와 a-Si:H 태양전지의 외부 양자효율 비교=153,172,1
[그림 2-73] c-Si,a-Si:H,다결정 실리콘(Uc-Si:H)의 에너지에 따른 흡수계수 비교=154,173,1
[그림 2-74] SiH₄농도에 따라 제작된 태양전지중 실리콘 박막의 Raman 스펙트럼 비교=155,174,1
[그림 2-75] I층 두께에 따른 다결정 실리콘 박막 태양전지의 특성 변화=156,175,1
[그림 2-76] I층 두께에 따른 태양전지의 외부 양자효율=157,176,1
[그림 2-77] 서로 다른 I층 두께를 가지는 태양전지의 Raman 특성=158,177,1
[그림 2-78] pin 다결정 실리콘 박막 태양전지의 에너지 band 구조 및 내부 전위 분포=159,178,1
[그림 2-79] 파장(λ) 700nm에서 측정된 pin 태양전지의 외부 양자효율(0V와 0.4V)과 I층의 μt(이미지참조)과의 상관 관계=160,179,1
[그림 2-80] 기판온도에 따른 다결정 실리콘 박막 태양전지의 동작 특성=162,181,1
[그림 2-81] 기판온도에 따른 태양전지의 외부 양자효율 비교=163,182,1
[그림 2-82] 기판온도에 따른 태양전지의 Raman 스펙트럼=164,183,1
[그림 2-83] 본 연구에서 제작된 태양전지와 Kaneka,Julich 그룹에서 제작한 태양전지의 외부 양자효율 및 태양전지 동작 파라미터 비교=166,185,1
[그림 2-84] Kaneka 사에서 개발된 nip 구조의 태양전지(위):(좌) 반사막이 평탄함,(우) 반사막이 texture 구조를 가짐=169,188,1
[그림 2-85] 후면 반사막의 종류(flat,textured,Improved textured)에 따른 태양전지의 외부 양자효율 변화=169,188,1
[그림 2-86] 서로 다른 내부 반사효율(pf(이미지참조))을 갖는 태양진지의 I층 두께에 따른 단락전류 밀도의 변화:실험 및 시뮬레이션 비교=170,189,1
[그림 2-87] 서로 다른 내부 반사효율(Pf(이미지참조))을 갖는 태양전지의 외부 양자효율 비교=170,189,1
[그림 2-88] 후면 반사막의 거칠기에 따른 다결정 실리콘 박막 태양전지(i층 두께 3.5㎛)에서 파장에 따른 I층의 흡수효율=171,190,1
[그림 2-89] 서로 다른 후면 반사막을 사용하여 제작된 다결정 실리콘 박막 태양전지의 양자효율 변화=171,190,1
[그림 2-90] SiH₄농도에 따른 I층 실리콘 박막의 전자 이동도 및 lifetime 변화=172,191,1
[그림 2-91] 파장(λ) 700nm에서 측정된 pin 태양전지의 외부 양자효율 (0V와 0.4V)과 I층의 μt(이미지참조)과의 상관 관계=172,191,1
[그림 2-92] I층 내부의 산소 함유량에 따른 태양전지의 양자효율 변화=173,192,1
[그림 3-1] Schematic diagram of co-evaporator system=179,198,1
[그림 3-2] Schematic profile of the three-stage process=180,199,1
[그림 3-3] Schematic diagram of dc magnetron sputtering system=182,201,1
[그림 3-4] Fabrication procedure of the Cu(In,Ga)Se₂solar cells=185,204,1
[그림 3-5] The structure of Cu(InGa)Se₂solar cell=185,204,1
[그림 3-6] 1단계 기판온도에 따른 X-선 회절특성=189,208,1
[그림 3-7] 1단계 기판온도에 따른 (112) 면의 반가폭 변화=190,209,1
[그림 3-8] 1단계 기판온도에 따른 CIGS 박막의 미세형상=190,209,1
[그림 3-9] 1단계 기판온도에 따른 광투과도 특성=191,210,1
[그림 3-10] 1단계 기판온도에 따른 조성비 특성=191,210,1
[그림 3-11] 1단계 기판온도에 따른 전지특성=192,211,1
[그림 3-12] 2,3단계 기판온도에 따른 표면 및 단면형상=196,215,1
[그림 3-13] 2,3단계 기판온도에 따른 X-선 회절특성=197,216,1
[그림 3-14] 2,3단계 기판온도에 따른 반가폭과 (112)/(220) 피크의 강도비=197,216,1
[그림 3-15] 2,3단계 기판온도에 따른 (112) 피크의 면간거리와 2Θ의 위치변화=198,217,1
[그림 3-16] 2,3단계 기판온도에 따른 라만특성=199,218,1
[그림 3-17] 2,3단계 기판온도에 따른 전기비저항 특성=199,218,1
[그림 3-18] 2,3단계 기판온도에 따른 홀농도와 이동도=200,219,1
[그림 3-19] 2,3단계 기판온도에 전지특성=201,220,1
[그림 3-20] Se 증발온도에 따른 CIGS 박막의 미세형상=204,223,1
[그림 3-21] Se 증발온도에 따른 X-선 회절 특성=205,224,1
[그림 3-22] Se 증발온도에 따른 비분자성 및 화학양론 조성비=206,225,1
[그림 3-23] Se 증발온도에 따른 광투과도 특성=206,225,1
[그림 3-24] Se 증발온도에 따른 전지특성=207,226,1
[그림 3-25] 3단계 증착시간에 따른 X-선 회절특성=210,229,1
[그림 3-26] 3단계 증착시간에 따른 광투과도 특성=210,229,1
[그림 3-27] 3단계 증착시간에 따른 표면 거칠기=211,230,1
[그림 3-28] 3단계 증착시간에 따른 전지특성=212,231,1
[그림 3-29] 3단계 증착시간에 따른 분광응답특성=213,232,1
[그림 3-30] Cu/(In+Ga) 조성비에 따른 미세형상=216,235,1
[그림 3-31] Cu/(In+Ga) 조성비에 따른 광투과도 특성=217,236,1
[그림 3-32] Cu/(In+Ga) 조성비에 따른 전기비저항 특성=217,236,1
[그림 3-33] Cu/(In+Ga) 조성비에 따른 전지특성=218,237,1
[그림 3-34] 박막 두께에 따른 미세형상=221,240,1
[그림 3-35] 박막 두께에 따른 X-선 회절현상=222,241,1
[그림 3-36] 박막 두께에 따른 2Θ위치 및 반가폭 변화=222,241,1
[그림 3-37] 박막 두께에 따른 (112) 면간거리 및 (112)/(220) 강도비=223,242,1
[그림 3-38] 박막 두께에 따른(112) 면간거리 및 (112)/(220) 강도비=224,243,1
[그림 3-39] 박막 두께에 따른 홀 농도와 이동도=224,243,1
[그림 3-40] 박막 두께에 따른 광투과도 특성=225,244,1
[그림 3-41] 박막 두께에 따른 전지특성=226,245,1
[그림 3-42] 최고변환효율을 보인 CIGS 태양전지 I-V 특성곡선=227,246,1
[표 2-1] HWCVB로 증착된 poly Si 박막의 특성=22,41,1
[표 2-2] ZnO의 일반적인 특성=65,84,1
[표 2-3] 비정질 실리콘 모듈제작을 위해 요구되는 TCO의 특성=67,86,1
[표 2-4] ZnO:Al 투명전도막의 스퍼터링 조건=72,91,1
[표 2-5] 400nm~800nm 파장영역에서의 Asahi U type SnO₂와 ZnO:Al 박막의 transmittance와 sheet resistance의 비교=89,108,1
[표 2-6] 기판온도 보정 결과=100,119,1
[표 2-7] 박막의 두께 균일도 측정을 위한 실험 조건=101,120,1
[표 2-8] 실리콘 박막 증착 조건=113,132,1
[표 2-9] 다결정 실리콘 박막 증착조건=121,140,1
[표 2-10] 다결정 실리콘 박막 증착조건=124,143,1
[표 2-11] 다결정 실리콘 박막 증착조건=127,146,1
[표 2-12] a-Si:H 박막 태양전지의 공정 조건=130,149,1
[표 2-13] p μc-Si:H 박막 증착시간에 따른 태양전지의 공정 조건=135,154,1
[표 2-14] 전면 TCO 제작,etching 조건 및 태양전지 공정 조건=140,159,1
[표 2-15] 전면 TCO와 태양전지의 제작 조건=144,163,1
[표 2-16] 태양전지 제작 조건=147,166,1
[표 2-17] 외국의 타 기관과 본 연구에서 제작된 다결정 박막 태양전지의 특성 비교=165,184,1
[표 3-1] Physical Properties of the Molybdenum,substrates and absorber layer=181,200,1
[표 3-2] 2/3단계 기판온도에 따른 CIGS 박막의 화학양론 조성비=193,212,1