Simultaneous treatment of UV light and Hydrogen on Sol-Gel derived ZnO and application of Sol-Gel derived ZnO film in a-Si:H solar cell as a back reflector was studied. Conductivity of Sol-Gel derived ZnO film was not improved when hydrogen gas 4-12 sccm flowed into a vacuum chamber under pressure of 6 torr and substrate temperature 150 ℃. Also, there were no changes in SEM images and XRD data of ZnO films. However, with UV irradiation, flow of hydrogen into the chamber improved conductivity of Sol-Gel derived ZnO film. Therefore, the lowest resistivity 0.2891 Ω·cm of this experiment was achieved. XRD data and SEM images of ZnO films also showed noticeable changes with simultaneous treatment of hydrogen and UV light. a-Si:H solar cell with a Sol-Gel derived ZnO as a backreflector had improved performance. Current density improved 10.2 % and energy conversion efficiency improved 13.8 %.
솔젤법으로 제작된 ZnO에 자외광 조사와 수소처리를 동시에 하는 새로운 annealing 실험과 a-Si:H 태양전지에 솔젤법으로 제작된 ZnO 박막을 후면반사막으로 사용하는 실험을 하였다. 이전에 행해졌던 연구결과와 달리 이번 실험에서는 수소처리만으로 솔젤 ZnO 박막의 비저항 감소를 보지 못했다. 그 이유는 수소 유량이 상당히 적기 때문이라고 생각된다. 하지만 자외광 조사와 수소처리를 동시에 하자 이번 실험의 최소 비저항 0.2891 Ω·cm를 얻었을 뿐만 아니라 수소 유량이 많으면 많을수록 비저항이 감소되는 것을 보았다. 이는 자외광이 수소 radical들을 만들어 수소 도핑이나 산소결핍(oxygen vacancy)생성 등 전도도를 향상 시키는 반응을 잘 일으키게 해주기 때문이다. 수소처리 없이 자외광 처리만으로도 전도도가 두 배 이상 증가하는데 그 이유는 산소탈착(oxygen vacancy) 생성에 의한 전도도 증가 때문이다. XRD 형상이나 SEM 이미지를 통해서도 수소에 의해서 구조적 변화가 생겼다는 것을 확인할 수 있었다.
a-Si:H 태양전지의 후면반사막으로 쓰인 솔젤 ZnO는 태양전지의 전류밀도를 10.2%, 에너지 변환효율을 13.8% 증가시켰다. 전의 논문에서 MOCVD ZnO 박막을 후면반사막으로 사용했을 때, reflectance가 증가하다는 연구결과나 이번 실험에서 장파장대에서의 quantum efficiency가 증가하고, 전류밀도가 증가했다는 사실로부터 솔젤법으로 제작된 ZnO 박막도 a-Si:H 태양전지에서 후면반사막으로의 역할을 제대로 한다는 것을 알게 되었다.
앞으로 더 연구되어야 할 필요성이 있는 것은 좀 더 다양한 조건에서 UV처리와 수소처리를 해보는 것이다. 첫째로 UV처리로 결정화 온도를 낮출 수 있다는 연구 결과가 다른 솔젠 박막에서 나왔는데[25], 그것이 솔젤 ZnO의 경우에도 가능한 것인진 연구해 볼 가치가 있다. 또한 UV처리와 수소처리는 박막이 코팅 된 상태에서 하는 것이기 때문에 박막의 두께에 따라서 그 특성변화가 분명히 많을 것이다. 따라서 수소처리와 자외광 조사 시 두께에 따른 솔젤 ZnO 박막의 특성 변화에 대한 실험이 필요하다. 마지막으로 이번 실험에서 후면반사막으로 사용된 솔젤 ZnO 박막은 as-deposited 박막으로 annealing을 하진 않은 박막이었다. 따라서 UV와 수소 처리를 솔젤 ZnO 박막이 a-Si:H 태양전지의 후면반사막으로 사용되었을 때 어떤 특성변화가 있는지에 대한 연구가 필요하다.
