A Facile Mo Oxidation Process to Improve Back Contact Quality of CZTSSe Thin Film Solar Cells = CZTSSe 박막 태양전지의 후면 접촉 품질 개선을 위한 저온/저가의 Mo 산화 공정
저자
발행사항
광주 : 전남대학교, 2023
학위논문사항
학위논문(석사)-- 전남대학교 : 신소재공학과 2023. 8
발행연도
2023
작성언어
영어
주제어
DDC
620.11
발행국(도시)
광주
형태사항
65 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 김진혁
UCI식별코드
I804:24010-000000069840
소장기관
The kesterite-based Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe) p-type semiconductors are promising absorber material for next-generation TFSCs technology because they exhibit earth-abundant, non-toxic elements and superior optoelectronic properties. However, the progress in the device performance of kesterite-based thin film solar cells (TFSCs) has been stagnant due to unstable rear contact properties. In this study, we demonstrate the rear interface engineering of CZTSSe TFSCs to improve device performance by introducing an amorphous thin MoOx intermediate layer by a facile oxidation process. To form a MoOx layer, we use the conventional oven at a relatively low temperature (less than 150 °C) and systematically investigate its various properties. We observed that (i) an amorphous thin MoOx intermediate layer can effectively inhibit the formation of Mo(S,Se)2 interfacial layers and voids at CZTSSe/Mo interface and (ii) the improved device performance in CZTSSe TFSCs with MoOx layer is attributed to the dramatically improved shunt conductance, formation of large-sized grains within CZTSSe absorber layer, and improved rear interface characteristics. The highest performance of CZTSSe TFSCs with MoOx intermediate layer present efficiency of 11.51% (Voc : 476 mV, Jsc : 36.8 mA/cm2, and FF : 65.6%).
더보기Kesterite 기반 Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe) p형 반도체는 지구에 풍부한 무독성 원소로 구성되어 있고 우수한 광전기적 특성을 나타내기 때문에 차세대 박막태양전지용 흡수층 물질로 각광받고 있다. 그러나 케스터라이트 기반 박막 태양전지(TFSC)의 소자 성능은 불안정한 후면 접촉 특성 등 다양한 문제로 인해 정체되어 왔다. 이 연구에서는 손쉬운 산화 공정을 통해 무정형의 얇은 MoOx 중간층을 Mo 후면전극과 흡수층 사이에 형성시켰고, 이러한 후면 인터페이스 엔지니어링을 통해 CZTSSe 태양전지의 소자 성능을 개선하였다. 특히, MoOx 층을 형성하기 위해 비교적 낮은 온도 (150°C 미만)에서 기존의 dry 오븐을 사용하여 쉽고 간편한 방법을 이용하였다. 우리는 (i) 비정질의 얇은 MoOx 중간층이 CZTSSe/Mo 계면에서 Mo(S,Se)2 계면층 및 보이드의 형성을 효과적으로 억제할 수 있다는 것을 증명하였고, (ii) MoOx 층이 포함된 CZTSSe TFSC를 암전상태에서 특성을 측정한 결과, shunt conductance, series resistance 및 ideality factor 등 모든 특성이 향상된 것을 확인하였다. 다양한 조건의 실험과 분석기법을 통해 CZTSSe 흡수층 내에서 기존 대비 큰 grain을 확인함과 동시에 각 층 사이 계면 및 후면 인터페이스 특성을 개선하였다. 이러한 방법을 통해 MoOx 중간층이 적용된 CZTSSe TFSC의 광전변환효율은 11.51%로, 기존대비 매우 큰 향상을 이루었다. (Voc: 476mV, Jsc: 36.8mA/cm2 및 FF: 65.6%).
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