The effect of (NH4)2S etching on Cu2ZnSn(S,Se)4 thin film solar cells = Cu2ZnSn(S,Se)4 박막 태양 전지에서 (NH4)2S 에칭의 효과
저자
발행사항
광주 : 전남대학교, 2019
학위논문사항
학위논문(석사)-- 전남대학교 : 신소재공학과 2019. 8
발행연도
2019
작성언어
영어
주제어
DDC
620.11
발행국(도시)
광주
형태사항
44 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 허재영
UCI식별코드
I804:24010-000000061342
소장기관
Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe) of kesterite structure has attracted attention as alternative materials because it is composed of earth abundant and non-toxic materials. In addition, CZTSSe has good optical properties and the theoretical efficiency by Shochley–Queisser Photon Balanced Calculations is high at about 30%. The highest efficiency of CZTSSe thin film solar cells was reported at 12.6% in 2013, but it is significantly lower than the theoretical efficiency, and the growth rate of efficiency is also slow. Factors that degrade the performance of CZTSSe thin film solar cells include secondary phases, interface defects, Na content, and band offset. Among them, we conducted etching experiments to remove secondary phases. Unlike existing papers where etching experiments were conducted on CdS buffer layer-based devices, etching experiments were conducted not only on CdS buffer layer based devices but also on Zn(O,S) buffer layer based devices. We investigated the influence of the (NH4)2S etch on the device performance by measuring the J-V characteristics and EQE. In addition, the influence of etching on the surface of the absorber layer was confirmed through Raman spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Finally, we found that the maximum efficiency of 9.8 % was achieved when the etching time was one minute in the Zn(O,S) buffer layer system, which was significantly higher than the previously reported world record of ~ 4.68 %.
더보기Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)는 박막 태양 전지 중 하나로써 필요 자원이 풍부하고, 비독성 물질로 이루어져 있어 대안적인 흡수체 물질로 주목받고 있다. 또한, CZTSSe는 좋은 광학적 특성을 갖고 있으며 Shochley–Queisser photon balanced calculations에 의한 이론적 효율도 약 30%으로 높다. 하지만, 현재 CZTSSe 박막태양전지의 최고 효율은 2013년에 12.6%로 보고되었지만 이는 이론적인 효율성보다 현저히 뒤떨어진 값이며, 2013년 이후로 최고효율 달성을 하지 못한 상태로 성장 속도 또한 느리다는 문제가 있다. 일반적으로 CZTSSe 박막 태양 전지의 성능을 저하시키는 요소에는 secondary phases, interface defects, Na content, band offset 등으로 다양하다. 그 중 우리는 secondary phases 제거를 위한 에칭 실험을 진행하였다. CdS 완충층 기반 장치에서 에칭 실험이 진행되었던 기존 논문들과는 달리 CdS buffer layer 기반 device 뿐만 아니라 Zn(O,S) 완충층 기반 장치에서도 에칭 실험을 해보았다. 원래 해오던 KCN 에칭 다음에 (NH4)2S 에칭을 추가적으로 해줬을 때 장치 성능에 어떠한 영향을 주는지 J-V 특성, EQE 등의 측정을 통해 알아보았다. 또한 라만 분광법, X선 회절 (XRD), 주사 전자 현미경 (SEM), X선 광전자분광기 (XPS) 등을 통해서 에칭이 흡수층 표면에 어떠한 영향을 미치는지 확인하였다. 최종적으로 우리는 Zn(O,S) 완충층 기반 장치에서 에칭 시간이 1분 일 때 9.8%의 최고효율을 달성했으며 이는 기존에 보고되었던 세계 최고 기록(~4.68 %)보다 현저히 높은 효율임을 확인하였다.
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