Interface Defect Passivation of the Co-Electrodeposited Cu2ZnSn(S,Se)4 Solar Cell through In2S3 Interlayer = 얇은 In2S3 중간층 증착을 통해 동시전기증착법으로 제작한Cu2ZnSn(S,Se)4 태양전지의 계면 결함 패시베이션
저자
발행사항
서울 : 서울대학교 대학원, 2021
학위논문사항
학위논문(석사)-- 서울대학교 대학원 : 재료공학부 2021. 2
발행연도
2021
작성언어
영어
주제어
DDC
620.1
발행국(도시)
서울
형태사항
viii, 50 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 김진영
UCI식별코드
I804:11032-000000164182
DOI식별코드
소장기관
Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe) is an attractive material as an absorption layer of a thin-film solar cell. Because it is composed of abundant and non-toxic elements and has excellent light absorption properties and tunable band gap with a composition ratio. Among the numerous manufacturing methods, the electrodeposition method used in this experiment is cost-effective and eco-friendly. However, in this case, hydrogen gas generated from the working electrode causes physical defects such as pinholes and voids that offer a shunt path to the device on the absorption layer. To improve this, we conducted In2S3 layer deposition between CZTSSe and CdS. The In2S3 deposited by the CBD method has dielectric properties, a dense surface, and a proper band gap that could form a small spike-like band alignment with CZTSSe. Also, the pre-deposited In2S3 layer provided many nucleation sites for the CdS layer to form a uniform surface. As a result, CZTSSe solar cell with In2S3 CBD time 3min (i.e., In2S3 layer thickness ~5nm) exhibited higher VOC and conversion efficiency up to 8.13%. In conclusion, we were able to improve PCE from 5.673% to 7.015% (as high as 23.6%) by depositing an In2S3 layer at CZTSSe/CdS interface. By filling the void on the surface of the absorption layer, the In2S3 layer suppressed shunt paths and induced a uniform deposition of CdS. A comprehensive study revealed that the interface recombination was effectively reduced, and a smaller VOC-deficit was achieved by the In2S3 passivation layer, as well as an increased current density through a better collection of photocarriers. The improved interfacial morphology and the photovoltaic properties provided by the In2S3 passivation layer are very promising for the incorporation of CZTSSe solar cell in a tandem solar cell because of its relatively rough surface and poor photovoltaic performances are the main obstacles for the realization of efficient CZTSSe-based tandem solar cells.
더보기Cu2ZnSn(S, Se)4 (CZTSSe)는 박막 태양 전지의 흡수층으로 매력적인 소재입니다. 풍부한 무독성 원소로 구성되어 있고 광 흡수성이 우수하고 조성비로 조정 가능한 밴드 갭을 가지고 있기 때문입니다. 이 실험에 사용된 전착은 수많은 제조 방법 중 에서도 비용 효율적이고 친환경적입니다. 그러나, 이 방법의 경우 작동 전극에서 생성된 수소 가스가 흡수층의 표면에 션트 경로를 제공하는 핀홀 및 보이드와 같은 물리적 결함을 유발합니다. 이를 개선하기 위해 CZTSSe와 CdS 사이에 In2S3층 증착을 수행했습니다. CBD 방법으로 증착 된 In2S3는 CZTSSe와 작은 스파이크 형태의 밴드 정렬을 형성할 수 있는 적절한 밴드갭, 유전 특성 및 조밀한 표면을 가지고 있습니다. 또한, 사전 증착 된 In2S3 층은 CdS 층에 많은 핵 생성 부위를 제공하여 균일한 증착을 가능하게 하였습니다. 그 결과 In2S3 CBD 시간이 3 분 (즉, 두께 ~ 5nm) 인 CZTSSe 태양 전지는 가장 높은 VOC와 8.13 %의 변환 효율을 나타냈습니다. 결론적으로, CZTSSe / CdS 계면에 최적화 된 두께의 In2S3 층을 증착 함으로써 PCE을 5.673 %에서 7.015 % (23.6 %까지)에 향상시킬 수 있었습니다. In2S3 층은 흡수층의 표면의 빈공간을 채움으로써 션트 경로를 억제하고, CdS의 균일 한 증착을 유도했습니다. 포괄적 연구를 통해 계면의 재결합이 효과적으로 감소하고 In2S3 패시베이션 층에 의해 VOC 손실이 작아져 전하 수집이 개선되어 전류 밀도가 증가하는 것으로 밝혀졌습니다. In2S3 패시베이션 층에서 제공하는 개선된 계면 형태와 광전력 특성은 표면 거칠기 제어가 중요시되는 탠덤 태양전지의 하부 셀로 유망할 것입니다.
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