Cu(In,Ga)(S,Se)2 박막 태양전지의 전기적 특성 측정을 통한 수송 및 재결합 과정 이해

Abstract

CIGS 박막 태양전지는 지속적인 연구 노력을 통하여 높은 에너지변환효율을 달성하였다. 하지만, 물리적 관점의 연구는 아직도 부족한 실정이다. 본 학위 논문에서는 다양한 전기적 특성 측정을 통하여 소자의 수송 및 재결합 과정을 이해하기 위한 연구를 수행하였다. . 전류-전압 측정에서 추정한 병렬 저항을 제거하는 분석 방법을 제안하였다. 이 방법은 소자의 주요한 수송 기작을 밝히는데 중요한 역할을 할 수 있음을 밝혀내었다. 양면형 CIGS 박막 태양전지와 성장 결정축이 다른 소자의 경우에 온도에 따른 전류-전압 특성 곡선에서 직렬저항을 추출하였다. 두 경우 모두, 직렬저항 요소는 지수함수적 온도 의존성을 보였는데 이는 후면접촉에 에너지 장벽이 존재함을 의미하는 것이다. 이러한 접촉이 태양전지 성능에 미치는 영향에 대해서 살펴 보았다. OVC 층을 포함한 Cu 성분이 모자란 CIGS 박막 태양전지의 특성에 대해서도 조사하였다. 다이오드 이상계수의 온도 의존성과 정전용량 특성으로부터 OVC 층이 계면 결함 밀도를 낮추고 소자의 재결합 과정에도 영향을 끼칠 수 있음을 확인하였다. 용액공정으로 제작한 CIGS 박막 태양전지의 전기적 특성 측정 연구도 수행하였다. 단락 전류밀도의 온도 의존성으로부터 작은 결정입자를 갖는 박막에서 호핑 수송이 나타남을 확인하였다. 애드미턴스 분광 측정을 통해서는 계면 결함 상태의 에너지 준위를 추정할 수 있었다.;CIGS thin film solar cells have attained high energy conversion efficiency through intensive research efforts. Researches from physical point of view, however, are still very lacking. In this thesis, we investigated electrical transport and recombination processes of the cells by various electrical characterizations. We proposed shunt current elimination analyses using the shunt resistance estimated from current-voltage measurements. We also revealed that such analyses were important to find dominant transport mechanism of the cells. For bifacial CIGS thin film solar cells and the cells with preferred crystalline orientation, we extracted series resistance from temperature dependent current-voltage characteristics. In both of the cases, the series resistance exhibited exponential temperature dependence, indicating the contact barrier formation. We studied the influence of such non-Ohmic behavior of the contacts to the overall performance of the cells. We investigated the photovoltaic properties of Cu-deficient CIGSe thin-film solar cells with OVC layers. The temperature dependent ideality factor and capacitance characteristics suggested that the OVC layer formation could reduce the interfacial defect density and influence the recombination processes of the cells. We also carried out electrical characterization of solution-processed CIGS thin film solar cells. Temperature dependence of the short circuit current suggested hopping transport in the small grained thin films. The admittance spectra could reveal the energy level of interfacial trap states.