TOF-SIMS를 이용한 CIGS 정량분석

Abstract

실리콘소재의 태양전지보다 화합물 박막 태양전지(CIGS, CdTe, etc)는 광흡수계수가 매우 높아 얇은 두께의 광흡수층으로도 빛을 효과적으로 흡수할 수 있으므로 광흡수층의 역할이 매우 중요하며 이에 대한 정확한 정보와 이해는 필수적이다. 특히 GIGS 박막 태양전지의 정량 및 각 원소의 깊이 방향의 분포를 분석하는 것은 박막형 태양전지 개발에 크게 기여한다. 이중에 Ga/In의 비율은 태양 전지 효율에 큰 영향을 미치기 때문에 많은 연구자들은 깊이에 따라 Ga과 In의 양이 변화하는 것을 측정하였다.[1,2] 본 연구에서는 높은 감도와 높은 공간 해상도를 제공하는 TOF-SIMS을 이용하여 깊이 분석에서 얻어지는 이차 이온량을 기반으로 정량분석을 하여 기존에 연구되었던 D-SIMS 를 통한 정량분석 결과와 비교하였다. 뿐만 아니라 스퍼터링 에너지를 포함한 TOF-SIMS 의 실험 변수에 따른 재현성 및 정량성의 차이를 비교분석 하였다. 기준시료의 TOF-SIMS 평균세기와 ICP-MS로 측정한 평균농도를 이용하여 상대감도(RSF)를 계산한 후 각 원소의 TOF-SIMS세기를 농도로 변환하여 정량분석 결과를 얻었다. 또한 스퍼터링시 사용되는 Cs 빔과 시료 내 금속과의 클러스터 이온(GaCs+ 와 InCs+)의 깊이 방향 조성을 이용하면 매트릭스 효과를 배제할 수 있어서 좀 더 정확한 정량 분석이 가능하므로 시료내 금속과 Cs 이 결합된 클러스터 이온의 깊이 방향 조성을 측정하여 각원소의 농도를 계산하였다. 이밖에 CIGS층에 불순물로 들어 있는 미량원소들의 깊이 분포도도 함께 관찰하였다.