Solar Cell Research for Thin Film using Spin Coating Method Woojeong Kim, Jaekyu Han, Sunbi Shin Seong Yeon Kim 1 , JunHo Kim 1 1 Department of Physics, Incheon National University, Incheon, 406-772, Republic of Korea Introduction Summary Mo: 650nm , Selenization : o, Sulfurization: x PV200 Glass 1mm Soda Lime Glass This work was supported by the Hydrogen Energy R D Center, one of the 21st Century Frontier R D Program, funded by the Ministry of Science and Technology of Korea. Acknowledgements Result Necessity of Solar Cell Pristine QC MLG on QC After H 2 expose Pristine QC MLG on QC After H 2 expose I II III IV Efficiency of Solar Cell I II III IV Efficiency of Solar Cell 2. Spin Coating 1. Stirring Raman spectroscopy of CZTS Chamber Mo: 900nm, Selenization : o, Sulfurization: x 0.72 % 1.58 % *Problems with the Fuel Environmental Hazards Acid Rain Non-renewable Limited Source CB: Conduction Band VB: Valence Baaand E f : Fermi Energy So we need these renewable energy . Efficiency and Principle of Solar Cell Experimental Procedure 3. Stirring 4 . Sulfurization Selenization Trend of Solar Cell Structure The price of material of CZTS Solar Cell is much less than CIGS.{nameOfApplication=Show}
Solar Cell Research for Thin Film using Spin Coating Method Woojeong Kim, Jaekyu Han, Sunbi Shin 1 Introduction Background Theory Experimental Method Results and Summary Contents 2 Introduction (1): Disadvantages of Fossil Fuel 3 Environmental Hazards Acid Rain Non-renewable Limited Source Introduction (2): Renewable Energy 4 Renewable Energy Background (1): Principle of Solar Cell 5 CB: Conduction Band VB: Valence Band E f : Fermi Energy Polymer Science and Technology, 2006 Background(2): Efficiency of Solar Cell 6 SC: Short Circuit, OC: Open Circuit, mp : max power, FF: Fill Factor Background (3): Trend of Solar Cell 7 *CIGS: Copper Indium Gallium Sulfide, *CZTS: Copper Zinc Tin Sulfide NATURE , 2012 SNe Research, 2011 Background (4): Structure of Solar Cell 8 Copper Zinc Tin Sulfide (CZTS) Soda Lime Glass Molybdenum (Mo, Back Contact ) Indium Sulfide (In 2 S 3 ) Buffer Layer Intrinsic Zinc Oxide ( i-ZnO , n -type ) Indium Tin Oxide (ITO, Front Contact ) 9 Stir 4-5 hour s Yellowish Sol. Filter Experimental Method (1): Stirring Spin Coating Magnetic Stick 10 Applying the Solvent Solution Rotating Drying Experimental Method (2): Spin Coating Annealing Repeat 7 times 11 Experimental Method (3) : Annealing CZTS Hot Plate Heating 5 min 400 ℃ Turn Off Hot Plate Cooling 5 min Cooling 2 min Side of Hot Plate 12 Experimental Method (4) : Sulfurization S elenization 13 Experimental Method (5) : Condition 1 mm Glass PV200 Mo Thickness 650 nm 900 nm 650 nm 900 nm Sulfurization o x o x o x o x Selenization o o o o o o o o 14 Result (1) : Origin Graph 1 mm G lass Mo 650 nm Mo 650 nm Sel (o) Sul (x) Sel (o) Sul (o) V oc 0.155 0.047 V J sc 29.43 18.71 mA/cm 2 Fill Factor 28.448 29.255 % Efficiency 1.301 0.257 % 15 Result (2) : Origin Graph 1 mm G lass Mo 900 nm Mo 900 nm Sel (o) Sul (x) Sel (o) Sul (o) V oc 0.296 0.137 V J sc 12.89 5.73 mA/cm 2 Fill Factor 41.420 30.809 % Efficiency 1.582 0.243 % 16 Result (3) : Origin Graph PV200 Mo 650 nm Mo 650 nm Sel (o) Sul (x) Sel (o) Sul (o) V oc 0.294 0.205 V J sc 5.74 9.29 mA/cm 2 Fill Factor 42.717 32.223 % Efficiency 0.722 0.616 % Efficiency of 1 mm glass is better than PV200. Efficiency of Mo 900 nm is better than Mo 650 nm. Efficiency with Selenization is better than Sulfurization and Selenization . The best efficiency is 1.58% using 1 mm glass, Mo 900 nm and selenization . Summary 17 Michael Graetzel , René A. J. Janssen, David B. Mitzi Edward H. Sargent, “Materials interface engineering for solution-processed photovoltaics.”, NATURE, 2012 영남대학교 김규호 교수 , CZTS 박막 태양전지 개발 동향 -1 편 , Sne Research, 2011 Soo -Hong Lee, Semiconducting Electrode Materais for Dye-Sensitized Solar Cell Polymer Science and Technology, 2006 D.A.Neamen , Semiconductor Physics and Devices 4th edition (2012) Reference 18 Thank You 19 이하 추가 자료들 20 Background (7): Strong Point of Spin Coating 21 22 Experimental Method (2) : Spin Coating 0~4000 RPM 4000 RPM 10 s 30 s 23 Applying the Solvent Solution Rotating Drying High Throughput Low Cost Short Time Experimental Method (2): Spin Coating 24 Experimental Method (5) : Raman Shift Raman Shift (
Single-Slit Double-slit Diffraction Patterns 200800401 한재규 201000323 김현태목차 실험 목적 및 배경 이론 실험 도구 실험 결과 고찰배경 이론 (1)배경 이론 (2)실험 도구실험 결과 (1): 단일슬릿 단일슬릿 d=0.01mm 단일슬릿 d=0.02mm실험 결과 (2): 단일슬릿 광센서 이동거리 : 20cm 로테이션 센서로 측정된 각도 값 : 906.7 도 이는 단지 로테이션센서가 회전한 각도이므로 총 움직인 거리를 각도로 나누어 주면 측정된 1 도 당 움직인 거리 : 약 0.022cm/ 도 정 가운데부터 첫 어두운 패턴까지 27 도가 측정됨 이를 0.022cm / 도에 곱해주면 패턴의 길이는 약 0.6cm (x)실험 결과 (3): 단일슬릿실험 결과 (4): 이중슬릿 이중슬릿 a=0.04, d=0.25 이중슬릿 a=0.04, d=0.50실험 결과 (5): 이중슬릿실험 결과 (6): 이중슬릿고찰 단일슬릿 오차 : 9% 이중슬릿 오차 : 6% 오차원인 계산과정에서의 근사값 오차 그래프 해석 과정에서의 오차 각도 계산에 따른 오차{nameOfApplication=Show}
Emission (Bright Line) Spectrum 200800401 한재규 201000323 김현태목차 실험 목적 및 배경 이론 실험 기구 실험 결과 고찰실험 목적 및 배경 이론 : 스펙트럼 - 파장에 따른 굴절률 차이를 이용하여 , 빛을 파장 또는 진동수에 따라 분해한 것 - 스펙트럼 간 각도를 이용하여 파장을 구해보기 위한 실험실험 도구실험 결과 (1) 로터리 모션센서가 회전한 각도가 63 도이므로 로터리 모션센서의 반지름과 스펙트로포토미터 의 반지름 비로 나누어 주면 약 15.8 도정도가 나오는데 이는 가운데부터 옆 스펙트럼까지의 각도실험 결과 (2)실험 결과 (3)고찰 및 주의 사항 보라색 (or 파란색 ) 의 파장 영역 대를 실험으로 확인 (400~500nm) 계산할 때 실험 기구의 반지름 비 주의 센서가 충분히 빛을 감지하도록 천천히 실험 렌즈를 만질 때 가운데 부분이 손에 닿지 않도록 주의{nameOfApplication=Show}
과목명광학실험학번200800401실험일자14/11/13담당 교수최수봉 교수님조 / 이름4한재규제출일자14/11/131. 실험 제목Image Formation from Spherical Mirrors2. 실험 목적Spherical mirror의 광학적 특성을 이해하기 위한 실험이다.3. 실험 도구수평계, Light Source, Holder(4개), 광학계 부품들(48mm렌즈, 252mm렌즈, -22mm렌즈, -50mm미러, Cross Target, 스크린, Aperture(미러 실험 시 사용), 면도날), 광학 레일, Light Source 받침대4. 배경 이론(1) 구면거울 *1구면의 일부를 반사면으로 하는 거울. 구의 바깥쪽을 반사면으로 하는 경우를 볼록거울, 구의 안쪽을 반사면으로 하는 경우를 오목거울이라고 부른다. 볼록거울은 넓은 시야를 확보할 수 있는 점, 오목거울은 빛을 모을 수 있다는 점이 장점이다. 반면에 구면거울의 단점은 구면수차에 의해 상이 일그러지는 것이다.구의 바깥쪽을 반사면으로 하는 凸형의 구면거울을 볼록거울, 구의 안쪽을 반사면으로 하는 凹형의 구면거울은 오목거울이라 한다. 구면거울의 특성을 나타내는 기하학적 요소로는 구심, 경심, 광축, 초점, 곡률반경, 초점거리가 있다.구심(C)은 거울 면을 이루는 구면의 곡률중심이며, 거울면의 중심은 경심(c)이라고 한다. 경심(c)과 구심(C)을 지나는 직선을 광축(central axis)라고 부른다.초점(F)은 광축 위에 있는데 극과 구심의 중점에 위치한다. 볼록거울에서는 초점이 거울 면 안쪽에 있고, 오목거울에서는 초점이 거울 면 앞쪽에 위치한다. 광축에 평행하게 입사한 빛이 반사하는 경우에 오목거울에서는 반사광이 초점을 지난다. 볼록거울의 경우에는 반사광이 초점에서 나온 것처럼 보인다. 즉, 반사광을 연장하여 보면 거울 면 뒤의 초점에 모인다. 볼록거울의 경우에는 초점에 빛이 실제로 지나지 않으므로 허초점이라고 부르며, 오목거울의 경우에는 실초점이라고 부른다.거울 면을 포함하는 가상의 구면을 생각 할 때, 이 구면의 반지름이 곡률반경(R)이다. 따라서 초점과 경심 사이의 거리는 R/2로 이를 초점거리(f)라고 한다. ([그림1] 참고)f= {2} over {R}광축에 놓인 물체의 경우에 경심으로부터의 거리와 사용하는 거울의 초점거리를 알면 상의 위치와 크기를 구면거울의 공식으로부터 계산할 수 있다. 구면거울은 구면수차에 의한 결상작용(結像作用:상이 일그러지는 현상)이 단점이다. 이러한 수차를 줄이기 위해서는 커다란 거울을 만들어야 한다.구면거울이 사용된 예로는 평면거울보다 훨씬 넓은 범위를 바라볼 수 있는 볼록거울의 장점을 이용한 한 백미러, 빛을 한 곳(초점)으로 모으는 오목거울의 특징을 이용한 집광기(集光器)등이 대표적이다. 이밖에 반사망원경이나 슈미트카메라 등, 정밀한 광학기계에도 널리 이용되고 있다.5. 실험 방법1) Light Source를 광학 레일에 올려놓는다.2) 수평계를 이용하여 광학 레일의 수평을 맞춘다.3) 홀더에 크로스 타겟을 부착하여 광학레일에 5cm부분에 장착한다.4) -50mm렌즈를 크로스 타겟 뒤 10cm에 장착한다.5) 스크린을 홀더에 반에 걸치게 부착한다.6) 스크린을 미러 쪽을 향하게 하여 스크린을 크로스 타겟과 미러 사이에 장착한다.7) 라이트 소스의 전원을 켠다.8) 스크린을 움직여 상이 만들어진 위치를 찾고 거리를 확인한다.9) 미러를 5cm 뒤로 움직인다.10) 스크린을 다시 움직이며 상을 찾고 위치를 확인한다.11) 이러한 방식으로 50cm 뒤 까지 5cm단위로 움직이면서 상 거리를 관찰한다.1) 미러와 스크린을 적당한 위치에 둔다.2) Aperture를 홀더에 부착시킨다.3) 아래쪽에 있는 눈금으로 구멍의 크기를 확인할 수 있다.4) Aperture를 미러의 바로 앞에 장착시킨다.5) Aperture의 크기를 1~5mm 까지 1mm씩 늘려가며 상 거리를 관찰한다.과목명광학실험학번200800401실험일자14/11/13담당 교수최수봉 교수님조 / 이름4한재규제출일자14/11/206. 결과 및 분석사진에 보이는 가장 윗 쪽의 레이저를 시작으로 크로스타겟, 반만 가린 스크린, 오목거울 순으로 광학레일 위에 정렬시켰다. 즉 왼 쪽의 그림처럼 세팅을 하고 스크린을 움직여 상이 뚜렷하게 맺힌 스크린의 위치를 확인해 본 실험이었다.위의 사진처럼 상이 뚜렷하게 보이는 스크린의 광학레일 위의 위치를 표로 작성해보았다. (25mm 오목 거울)Cross TargetScreen(cm)Concave Mirror(cm)오목거울로부터 스크린까지의 거리(cm)오목거울로부터 물체까지의 거리(cm)5cm6.4114.665cm12.5163.5115cm17.6213.4165cm23263215cm28313265cm이상 측정 불가이상 측정 불가이상 측정 불가이상 측정 안함매뉴얼에는 50mm 오목 거울을 이용하여 실험하라고 나와 있는데, 우리는 50mm거울을 찾을 수 없어서 대신 25mm 오목 거울을 이용하여 실험했다. 아래의 그림처럼 우리가 알아야 하는 데이터는 거울의 중심으로부터 물체까지의 거리, 거울의 중심으로부터 상까지의 거리이고 이를 이용하면 초점거리를 구할 수 있고 곡률 반지름 또한 구할 수 있다.위의 자료를 통하여 초점을 구해보았다.Concave Mirror(cm)1/오목거울로부터 스크린까지의 거리(1/a)1/오목거울로부터 물체까지의 거리(1/b)1/a+1/bf111/4.6=0.221/6=0.170.392.56161/3.5=0.291/11=0.090.382.63211/3.4=0.291/16=0.060.352.86261/3=0.331/21=0.050.382.63311/3=0.331/26=0.040.372.70이상 측정 불가이상 측정 불가이상 측정 안함이상 측정 불가평균:2.68우리는 25mm렌즈를 이용하였으므로 오차를 구해보면 다음과 같다.오차= {26.8-25} over {25} TIMES 100=7.2%다음으로 Aperture의 구멍 크기를 늘리며 상이 맺히는 곳의 위치를 확인해 보았다.Aperture 구멍 크기Cross TargetScreenAperture거울 위치5mm51113.414.87mm51113.514.89mm51113.414.8Aperture의 구멍 크기를 늘리며 상을 관찰했지만 상은 계속 동일한 곳에서 가장 선명하게 보였다.7. 고찰 및 토의구면 거울의 광학적 특성에 대해 확인해 보기 위한 실험을 했다. 실험은 정말 간단한 실험이었는데, 실험 기구를 찾다가 실험 시간의 대부분을 허비했다. 결국 우리는 매뉴얼에 나와 있는 대로 50mm의 오목 거울은 구경도 못하였고, 대신에 조교님께서 25mm 오목 거울을 구해다 주셔서 실험을 시작했다. 먼저 광원을 설치하고 그 일직선 방향으로 광학 레일을 놓고 크로스 타겟, 스크린, 오목 거울 순서대로 정렬했다. 광원의 빛은 크로스 타겟을 통과하여 반만 가린 스크린에 의해 반만 통과한 뒤, 오목거울에 반사되어 스크린의 뒷면에 상을 맺는다. 우리는 오목거울 공식을 배웠기 때문에 거울의 중심으로부터 물체까지의 거리, 거울의 중심으로부터 상까지의 거리를 알면 초점거리를 구할 수 있고 곡률 반지름 또한 구할 수 있다. 결과를 말하자면 우리는 실험을 통하여 초점의 거리를 평균 26mm정도로 구할 수 있었다. 그런데 우리가 사용한 오목거울은 초점이 25mm인 오목거울이었다. 사실 오차가 거의 날 수 없는 실험이었는데 약 7%의 오차가 났다. 이는 정말 큰 오차인데 오차의 원인으로 몇 가지를 생각해보았다. 일단 측정과정에서 기계로 데이터를 뽑는 실험이 아니라 사람의 눈으로 측정하는 실험이라 측정 과정에서 약간의 오차가 발생한 것 같고, 게다가 홀더에 스크린을 붙여 실험하면 정확히 스크린에 상이 맺히는 위치를 측정하는 과정에서 오차가 약간 생긴 것 같다. 우리는 홀더의 위치를 쟀는데 실제로 스크린은 그 위치에서 2~3mm정도 앞 혹은 뒤쪽에 맺힌다. 그리고 상이 선명하게 맺히는 것을 관찰해야 했는데 상이 너무나도 작게 보여서 오차가 생긴 것 같다. 실제로 상이 가장 크게 보이는 조건에서 가장 작은 오차를 냈다. 오차를 줄이는 방법으로는 매뉴얼대로 25mm 미러가 아닌 50mm 미러를 이용하면 약간이나마 오차를 줄일 수 있을 것 같다.