박막형 CIGS 태양전지의 Sputter로 증착된 Zns 버퍼층의 광학적 특성

Abstract

본 연구에서는 CIGS 태양전지 제조 과정에서 습식법을 통해 제조되고 있는 CdS 버퍼층을 대체하기 위해 진공 증착법으로 ZnS 버퍼층을 제조하였다. ZnS 버퍼층은 dual gun sputtering system을 이용하여 이글 2000 유리기판 위에 증착되었다. ZnS 박막의 증착조건으로써 타겟과 기판과의 거리(DTS)를 98.7 mm로 두고, Ar 가스 유량을 50 sccm, 압력을 2.0 x 10 torr 이하로 유지하여 상온에서 제조하였다. 증착률에 따른 ZnS 박막의 특성을 조사하기 위하여 RF power는 30, 50, 70, 100 W로 조절하였고, 각 power마다 증착 시간은 5, 10, 20, 40분으로 변화시켜 증착하였다. 증착률은 RF power와 증착 시간으로 조절할 수 있었다. ZnS 박막의 두께는 RF power가 높고 증착시간이 길어질수록 증가하였다. 박막의 구조는 zinc blende (cubic) 구조를 가지고 있으며, 이 구조는 a = 3.8의 격자상수를 가진다. 이는 CdS와 비교했을 때, ZnS의 격자상수가 CdS보다 CIGS 층과 잘 들어맞는다는 것을 나타낸다. ZnS 박막의 평균 투과도는 78.7 % 이상이었고, 박막의 두께가 증가할수록 에너지 밴드갭에 의해 흡수층 부근에서 레드 시프트(sed shift) 현상을 보였다. 투과도에 의해 계산 된 박막의 밴드갭 에너지는 bulk ZnS의 밴드겝 에너지(3.6 eV)보다 높았다. 계산된 값은 박막의 두께가 증가할수록 bulk의 값에 가까워지며, ZnS 박막은 CdS와 비교하여 더 높은 밴드갭 에너지를 가진다. 이러한 ZnS 박막의 특성을 고려하여, 현재 CIGS 태양전지에 적용되는 CdS 버퍼층을 대체하는 물질로써 ZnS 버퍼층이 유망한 대체물질이라고 할 수 있다.|Sputter-deposited ZnS thin films were investigated as potential replacements for CBD-deposited CdS buffer layers in the application of CIGS solar cells. ZnS buffer layer were fabricated RF magnetron sputtering system on eagle 2000 glass substrate. The distance between substrate and target was kept at 98.7 mm, and the base pressure was less than 2.0 X 10 Torr. All the ZnS thin films were deposited at room temperature, with 50 sccm Ar gas flow. The RF powers were varied between 30, 50, 75, and 100 W, while deposition time was varied between 5, 10, 20, and 40 min. The deposition rates were gradually increased, according to experimental conditions. The crystal structure of the thin film is found to be zinc blede (cubic) structure which of lattice constant, a = 3.8. Compared to CdS lattice structrue, ZnS showed better lattice match with CIGS layer. The average transmittances were over 78.7 %. When the thickness of the film increased, the transmittance showed a red shift. The band gap values of thin filmes calculated through the transmittances have higher Eg value compared to 3.6 eV band gap of bulk ZnS materials. The band gap value approaches to that of bulk value according to the thickness increase. ZnS thin film has higher Eg value compared to the CdS buffer layer. Considering these characteristics of ZnS buffer layer, the ZnS buffer layer is promising candidate to replace the current CdS buffer layer for the application of CIGS solar cells.