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친환경 태양전지 신기술, 고효율 CIGSSe/페로브스카이트 탠덤셀 제조

요약 이 발명은 탄소중립의 필요성 증가와 함께 높은 효율과 유연성을 가진 CIGSSe 태양전지 개발에 목적을 두고 있습니다. 기존의 복잡하고 비싼 제작 방법을 개선하여, 유연한 기판에 용액을 스프레이하고 열처리하여 광흡수층을 형성하는 방법을 사용하였습니다. 실험에서는 두 가지 원소를 동시에 사용하여 11.45%의 높은 효율을 얻었고, 이 기술은 친환경적이면서도 고효율 태양전지 제조에 사용될 수 있습니다.

기본 정보

특허명: 알칼리 금속이 공도핑된 태양전지용 CIGSSe 박막의 제조방법
대표 발명자: 김준호 교수
출원번호: 10-2023-0064655

발명의 배경 및 필요성

발명의 배경

탄소중립 요구와 신재생에너지 연구가 주목받음
Cu(In,Ga)(S,Se) 2(CIGSSe) 태양전지가 높은 전력변환효율과 유연한 기판 적용 가능성을 보여줌
알칼리 원소의 외부 공급 필요성과 알칼리 증착 후 처리 방법의 사용이 필요함
알칼리 금속이 공도핑된 태양전지용 CIGSSe 박막의 제조방법이 개발됨

발명의 필요성

친환경 에너지원으로서 박막형 태양전지의 중요성이 대두됨
다양한 분야에서의 활용을 위해 플렉서블한 태양전지 개발의 필요성이 제기됨
고가의 진공 장비와 유지비를 필요로 하는 CIGSSe 태양전지 제조 방법의 문제점이 있음
대기 환경에서 솔루션 기반 제조의 필요성이 있음
다중 알칼리처리를 위한 최적 조건 찾기의 어려움과 용액 기반 알칼리 처리의 필요성이 있음

실험 및 구현

제조 방법

구리, 인듐, 갈륨, 황 원소를 포함하는 전구체 용액 준비 및 알칼리 금속 용액을 첨가함
알칼리 금속 용액이 첨가된 전구체 용액을 유연기판에 스프레이 증착함
증착된 금속 전구체 층을 셀렌화 열처리하여 광흡수층을 형성함
이 과정을 통해 태양전지용 CIGSSe 박막을 제조함
제조된 태양전지용 CIGSSe 박막은 K, Rb 또는 Cs 중 어느 하나와 Na로 공도핑된 것임

실험 결과

어드미턴스 분광법을 사용해 300K ~ 90K 온도 범위와 20Hz ~ 2MHz 주파수 범위에서 실험을 진행함
Na와 K의 공도핑을 (Na x %, K y%)로 표기, 442 nm 레이저를 광원으로 사용함
소수 캐리어 수명은 1.856ns(550-셀)에서 2.633ns(560-셀), 4.621ns(570-셀)로 증가함
Na0.9% 및 K0.3%의 도핑 농도에서 CIGSSe 흡수체의 결함이 훨씬 더 부동태화되어 11.45%의 가장 높은 PCE를 초래함
셀렌화 온도가 높을수록 CIGSSe 흡수체의 더 많은 결함이 부동태화되어 V oc가 증가함

발명의 활용 방안

제품 및 서비스 적용

페로브스카이트 흡수체의 밴드갭이 1.65~1.7eV인 CIGSSe/페로브스카이트 탠덤 셀 같은 고효율 탠덤셀에 적용 가능함
Na와 K로 공도핑된 태양전지용 CIGSSe 박막 제조 가능함
이 박막을 포함하는 태양전지 제공 가능함

산업 및 사회 문제 해결

CdS 버퍼층의 CBD를 더 개선하면 셀렌화 셀의 PCE를 더 높일 수 있어, 고효율 플렉서블 탠덤 셀의 하단 셀로 채택 가능함
친환경적이고 저렴한 DI water를 용매로 사용하고, 대기환경에서 스프레이 증착을 진행해 고가의 용매와 글러브박스 등의 추가 장비 비용을 줄일 수 있음
Na와 K는 CIGSSe 흡수체에 쉽게 공도핑되며, 이는 유연한 CIGSSe 태양 전지를 위한 용액 기반의 in-situ 알칼리 공도핑 방법에 대한 첫 보고임

시장 동향

태양전지 시장 동향

알칼리 이온화기 시장 동향

친환경 에너지 시장 동향

대표도면

기술이전 담당자 연락처

담당자명: 고소라 계장
부서: 기술사업화팀
전화번호: 032-835-9766
이메일: ksr@inu.ac.kr
인천대학교 산학협력단
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