Cu (In, Ga)$Se_2$ (CIGS) solar cells are the most efficient materials for thin film solar cells and currently, various groups manufacture and research CIGS solar cells. Generally, to produce a high-efficiency CIGS solar cells via high-quality CIGS solar cells, three-stage co-evaporation process is used. However, these three-stage co-evaporation process are difficult to apply to large-scale and mass-production, resulting in active studies on the precursor deposition and selenization 2-step process suitable for mass production of CIGS. When CIGS thin film is fabricated by the two-step process, pores are formed at the CIGS/Mo interface and the Ga distribution becomes uneven. To solve this problem, a subsequent process, such as heat treatment in Ar atmosphere or sulfurization after selenization, is used. But, the use of such a subsequent process requires additional processing time and additional equipment, thereby, raising the process unit price.
In this experiment, a precursor of the In:Se/CuGa stacked precursor was proposed and the growth mechanism of CIGS was analyzed using these precursors. In addition, it was confirmed that the Se content in the precursor has a great influence on the microstructure and Ga distribution of the CIGS thin film. Using such, a precursor structure capable of improving the distribution of Ga without further processing is proposed with final efficiency of 13.25%.
Cu(In,Ga)$Se_2$ (CIGS) 태양전지는 박막태양전지 중 가장 높은 효율을 기록하고 있는 물질이다. 현재 다양한 그룹들이 다양한 방법으로 CIGS 태양전지를 제조하고 연구를 진행하고 있는데, 일반적으로 고품질의 CIGS를 제조하여 고효율의 CIGS 태양전지를 제조하기 위해서는 3단계 동시증발법이 사용된다. 하지만 이러한 3단계 동시증발법의 경우 대면적화와 양산화에 적용하기 어려운 기술이기 때문에 CIGS의 양산화에 적합한 전구체&셀렌화 2단계 공정에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 2단계 공정으로 CIGS박막을 제조하는 경우 CIGS/Mo 계면에 기공이 형성되는 문제와 Ga 분포가 불균일해지는 문제를 가지고 있는데, 이를 해결하기 위해 Ar 분위기 열처리나 셀렌화 후 황화 처리 등의 후속공정을 사용하고 있다. 하지만 이러한 후속 공정을 사용하는 경우 추가 공정 시간과 추가 설비를 필요로 하여 공정 단가가 올라가게 된다.
본 실험에서는 In:Se/CuGa 적층형 구조의 전구체를 제안하고 이러한 전구체를 이용하였을 때 CIGS의 성장 메커니즘을 분석하였다. 또한, 전구체에 포함된 Se 함량이 CIGS 박막의 미세구조와 Ga 분포에 큰 영향을 끼치는 것을 확인하고, 이를 이용하여 추가 공정 없이 Ga의 분포를 개선할 수 있는 전구체 구조를 제안하고, 최종적으로 약 13.25%의 효율을 얻을 수 있었다.
