KR20110076754A - Method of fabricating cigs based nano particle - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing copper-indium-gallium-selenide-based nano particles is provided to reduce time required for manufacturing the nano particles using a colloidal method which mixes a pyridine solution and a methanol solution to synthesize the nano particles. CONSTITUTION: A pyridine solution is prepared by mixing an iodine compound of powder type CuI, InI_3, and GaI_3, and a pyridine solvent through a heating process at temperature between 40 and 80 degrees Celsius. Na_2Se is mixed with a methanol solvent to prepare a methanol solution. The pyridine solution and the methanol solution are prepared at inert atmosphere. The pyridine solution and the methanol solution are mixed to synthesize nano particles in an ice bath. NaI, which is generated as a byproduct, is eliminated.

Description

CIGS계 나노 입자의 제조방법{Method of fabricating CIGS based nano particle}Method for fabricating CISS-based nanoparticles {Method of fabricating CIGS based nano particle}

본 발명은 CIGS 나노 입자를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주로 태양전지의 흡수층으로 사용되는 CIGS 나노 입자를 저온 콜로이달 방법에 의해 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing CIGS nanoparticles, and more particularly, to a method for producing CIGS nanoparticles, which are mainly used as an absorbing layer of a solar cell, by a low temperature colloidal method.

반도체를 이용한 태양전지는 태양전지에 빛이 입사되면 반도체 내에서 움직이는 동안 반도체에 흡수되어 전자와 정공 쌍을 생성하고, 이 쌍들이 공간전하영역내에서 형성된 내부 전계에 의하여 분리되어 전극의 양단으로 모이게 되는 데, 이때 외부회로가 상기 전극에 연결되어 있으면 광전류가 흐르게 하는 것이다. 태양전지는 소재에 따라 크게 Si 반도체 또는 화합물반도체 태양전지로 분류되며 현재까지 Si 반도체가 가장 폭 넓게 연구되어왔다. A solar cell using a semiconductor is absorbed by a semiconductor while moving in the semiconductor when light is incident on the solar cell to generate electrons and hole pairs, and these pairs are separated by an internal electric field formed in the space charge region and collected at both ends of the electrode. In this case, when an external circuit is connected to the electrode, the photocurrent flows. Solar cells are classified into Si semiconductors or compound semiconductor solar cells according to their materials. Si semiconductors have been widely studied to date.

Si 반도체는 간접천이형 반도체로써 광흡수 계수가 직접천이형 반도체에 비하여 효과적으로 광자를 흡수할 수가 없어 직접천이형에 비해 더 넓은 공간전하 영역을 필요로 한다. 또한 캐리어의 수명(life time)을 길게 하여 생성된 전자와 정공이 공간전하영역에서 재결합을 하지 않게 하기 위해 고순도의 Si가 필수적으로 요구되어, 고가, 고난도, 복잡한 여러 단계 공정 기술과 고진공 박막공정이 필요하다. 고순도의 단결정 Si를 이용한 태양전지는 효율은 높지만 제작비용 또한 높다는 단점이 있어 제작비용을 낮추기 위해 효율이 낮은 다결정 Si 또는 비정질 Si(amorphous-Si)를 사용하기도 하지만, 이는 광전변환효율이 높지 않고, 장시간 사용할 때 열화현상이 발생하는 문제점을 가지고 있다.Si semiconductor is an indirect transition type semiconductor, and its light absorption coefficient cannot absorb photons more effectively than a direct transition type semiconductor, and thus requires a wider space charge region than the direct transition type. In addition, high purity Si is essential in order to prevent the recombination of electrons and holes generated in the space charge region by prolonging the life time of the carrier. need. Solar cells using high-purity single crystal Si have high efficiency but high manufacturing cost. Therefore, low efficiency polycrystalline Si or amorphous Si (amorphous-Si) is used to reduce the manufacturing cost, but it is not high in photoelectric conversion efficiency. Deterioration occurs when used for a long time.

최근에는 Si계 태양전지의 단점을 보완하기 위하여 화합물 반도체를 이용한 태양전지가 연구·개발되고 있다. 화합물 반도체 중 박막형 3원 화합물에 속하는 I-III-VI족 화합물반도체인 Cu(In1-xGax)(SeyS1-y)(CIGS)는 1eV 이상의 직접천이형 에너지 밴드갭을 가지고 있고 높은 광흡수 계수(1x105cm-1)를 가질 뿐만 아니라, 전기 광학적으로 매우 안정하며 효율을 저하시키는 열화현상에 대한 회복이 빠르다고 알려져 있다. Recently, solar cells using compound semiconductors have been researched and developed to compensate for the disadvantages of Si-based solar cells. Among the compound semiconductors, Cu (In 1-x Ga x ) (Se y S 1-y ) (CIGS), a group I-III-VI compound semiconductor belonging to the thin-film ternary compound, has a direct transition energy band gap of 1 eV or more. Not only does it have a high light absorption coefficient ( 1 × 10 5 cm −1 ), it is also known to be very electro-optically stable and to recover quickly from deterioration which degrades efficiency.

그런데, 수 ㎛ 두께의 I-III-VI족 박막태양전지를 제조하려고 동시증발법(co-evaporation), 스퍼터링(sputtering), 화학적 용액성장법(chemical bath deposition; CBD), 셀렌화법(selenization), 분무열분해법(spray pyrolysis) 등 여러 가지 물리화학적인 박막제조방법이 시도되고 있으며, 높은 광전변환효율을 얻기 위해서 고가의 진공장치를 사용하여야 한다. 또한 화학결합에 의한 화학양론비 조절이 매우 어렵다는 것이 단점으로 지적되고 있다. 태양전지의 저가화를 실현하기 위해서는 기존의 고비용의 고진공 공정을 사용하지 않는 방법으로 광흡수층을 제조하는 기술 개발이 필요하다. However, co-evaporation, sputtering, chemical bath deposition (CBD), selenization, Various physicochemical thin film manufacturing methods such as spray pyrolysis have been tried, and an expensive vacuum device should be used to obtain high photoelectric conversion efficiency. It is also pointed out that it is very difficult to control the stoichiometric ratio by chemical bonding. In order to realize low cost of solar cells, it is necessary to develop a technology for manufacturing a light absorption layer by a method that does not use the existing high-cost and high-vacuum process.

앞에서 서술한 진공공정을 사용하지 않는 제조방법 중 대표적인 저가형 I-III-VI 태양전지 제조공정으로써 미세입자제조에 의한 분말 코팅법을 고려해 볼 수 있는데, 이를 위해서는 고온에서 보다는 저온에서 박막형성이 가능하고 입도는 나노크기의 입자를 합성하는 기술이 선행되어야 한다. 이러한 저온에서의 나노입자 합성방법은 여러 가지가 있으며, 최근에는 상대적으로 고온에서 합성하는 용매열법(solvothermal)이 대표적이다.  As a typical low-cost I-III-VI solar cell manufacturing process that does not use the above-mentioned vacuum process, we can consider the powder coating method by the manufacture of fine particles. Particle size should be preceded by a technique for synthesizing nano-sized particles. There are a number of methods for synthesizing nanoparticles at low temperatures, and recently, the solvent thermal method for synthesizing at a relatively high temperature is typical.

용매열법은 저압에서 간단한 공정으로 저렴하게 입자를 합성할 수 있고, 화학양론비 조절이 용이하다는 장점을 가지고 있다. 그러나 용매열법(solvothermal)은 용매로 강염기성의 유독한 아민화합물을 사용하고, 반응용기의 밀봉에 어려움이 있어서 장시간, 약 20~60시간 반응시킨다. 이에 따라, 반응 전에 설계했던 결과를 얻기 힘들다는 단점이 있다. Solvent thermal method has the advantage of being able to synthesize particles at low cost in a simple process at low pressure, and easy to control the stoichiometric ratio. However, solvothermal method uses a strong basic toxic amine compound as a solvent, it is difficult to seal the reaction vessel and react for about 20 to 60 hours for a long time. Accordingly, there is a disadvantage that it is difficult to obtain the result designed before the reaction.

따라서 본 발명이 해결하려는 과제는 진공공정을 사용하지 않고 상대적으로 저온에서 유독한 물질의 사용시간을 최대한으로 줄이고 안정된 물성을 얻을 수 있으며, 저가의 CIGS계 나노입자를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing CIGS-based nanoparticles of low-cost CIGS nanoparticles to obtain a stable physical properties and to maximize the use time of toxic materials at a relatively low temperature without using a vacuum process .

상기 해결하려는 과제를 달성하기 위한 CIGS계 나노 입자의 제조방법은 먼저 분말 형태의 CuI, InI3 및 GaI3의 요오드화합물을 피리딘(pyridine) 용매와 혼합한 피리딘 용액을 준비하고, Na2Se을 메탄올(methanol) 용매와 혼합한 메탄올 용액을 준비한다. 그후, 상기 피리딘 용액과 상기 메탄올 용액을 혼합하여 나노 입자를 합성하고, 이어서 부산물인 NaI를 제거한다.In order to achieve the problem to be solved the CIGS-based nanoparticles to prepare a pyridine solution in which a mixture of iodine compounds of CuI, InI 3 and GaI 3 in the form of a powder with a pyridine solvent, Na 2 Se is methanol (methanol) Prepare a methanol solution mixed with a solvent. The pyridine solution and the methanol solution are then mixed to synthesize nanoparticles, followed by removal of byproduct NaI.

상기 제조방법에서, 상기 피리딘 용액은 40~80℃로 가열하여 형성될 수 있으며, 상기 피리딘 용액과 상기 메탄올 용액은 불활성 분위기에서 형성될 수 있다. 또한, 상기 피리딘 용액과 상기 메탄올 용액을 혼합하여 나노 입자를 합성은 얼음조에서 진행하는 것이 바람직하다. In the preparation method, the pyridine solution may be formed by heating to 40 ~ 80 ℃, the pyridine solution and the methanol solution may be formed in an inert atmosphere. In addition, the synthesis of the nanoparticles by mixing the pyridine solution and the methanol solution is preferably carried out in an ice bath.

본 발명의 따른 CIGS계 나노 입자의 제조방법에 의하면, 피리딘 용액과 메탄올 용액을 혼합하여 나노 입자를 합성하는 콜로이달 방법을 사용함으로써, 상대적으로 짧은 1시간 이내에 나노 입자를 얻을 수 있고, 합성과정이 낮은 온도에서 진행되므로 제조비용을 줄일 수 있다. 또한, 저진공인 불활성 분위기에서 간단한 제조공정으로 저가의 나노 입자를 제조할 수 있어, 저가이면서 대면적인 태양전지를 만들 수 있다. According to the method for producing CIGS-based nanoparticles according to the present invention, by using a colloidal method of synthesizing nanoparticles by mixing a pyridine solution and a methanol solution, the nanoparticles can be obtained within a relatively short time, and the synthesis process is Since the process is performed at low temperatures, manufacturing costs can be reduced. In addition, inexpensive nanoparticles can be produced by a simple manufacturing process in an inert atmosphere of low vacuum, thereby making it possible to produce a low-cost and large-scale solar cell.

도 1은 본 발명에 따른 CIGS계 나노입자를 합성하는 과정을 나타낸 공정블록도이다.
도 2a는 본 발명에 의해 합성한 CIGS 나노 입자를 몰리브덴(Mo)이 증착된 소다 라임(soda lime) 유리판에 코팅 후, 400℃에서 30분 동안 Ar 분위기에서 열처리 후의 조성비를 EDX로 분석한 그래프이고, 도 2b는 도 2a를 통하여 분석한 조성비이다.
도 3은 본 발명에 따라 합성한 CIGS 나노 입자를 몰리브덴(Mo)이 증착된 소다 라임 유리판에 코팅 후, 400℃에서 30분 동안 Ar 분위기에서 열처리 후의 XRD 패턴 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 1에 제시된 방법에 의해 CIGS 나노 입자를 제조한 후에 이를 닥터블레이드 방식으로 코팅한 것을 10배로 확대한 SEM 사진이다.
1 is a process block diagram showing a process of synthesizing CIGS-based nanoparticles according to the present invention.
Figure 2a is a graph of the composition ratio after the heat treatment in Ar atmosphere for 30 minutes at 400 ℃ after coating the CIGS nanoparticles synthesized by the present invention on a soda lime glass plate on which molybdenum (Mo) is deposited, and analyzed by EDX 2b is a composition ratio analyzed through FIG. 2a.
Figure 3 is a graph showing the XRD pattern results after the CIGS nanoparticles synthesized according to the present invention coated with molybdenum (Mo) on a soda lime glass plate, and then heat-treated in Ar atmosphere for 30 minutes at 400 ℃.
FIG. 4 is a SEM photograph at 10 times magnification of the CIGS nanoparticles prepared by the method shown in FIG. 1 and then coated in a doctor blade manner.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들은 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below may be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.

본 발명의 실시예는 진공공정을 사용하지 않고 상대적으로 저온에서 수행하여 유독한 물질의 사용시간을 최대한으로 줄일 수 있는 CIGS계 나노입자를 제조하는 방법을 제시한다. 콜로이달(colloidal)방법은 진공공정을 사용하지 않는 제조방법 중 대표적인 저가형 I-III-VI 태양전지 제조공정으로써 미세한 나노입자에 의한 분말 코팅법 중의 하나이다. 이는 합성된 CIGS 나노입자를 이용하여 광흡수층 제조할 때, 간단한 제조공정으로 저가의 대면적 태양전지 제조를 제조할 수 있다.An embodiment of the present invention provides a method for producing CIGS-based nanoparticles that can be performed at a relatively low temperature without using a vacuum process to reduce the use time of toxic materials to the maximum. Colloidal (colloidal) method is a typical low-cost I-III-VI solar cell manufacturing process of the manufacturing method that does not use a vacuum process is one of the powder coating method by the fine nanoparticles. When the light absorption layer is manufactured using the synthesized CIGS nanoparticles, it is possible to manufacture low-cost large-area solar cells with a simple manufacturing process.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 CIGS계 나노입자를 합성하는 과정을 나타낸 공정블록도이다. 여기서, CIGS계 나노입자는 콜로이드 형태이다. 1 is a process block diagram showing a process of synthesizing CIGS-based nanoparticles according to an embodiment of the present invention. Here, the CIGS-based nanoparticles are in colloidal form.

도 1을 참조하면, 콜로이드 형태의 CIGS계 나노입자를 제조하는 방법은 크게 원료를 준비하는 단계와 상기 원료를 합성하는 단계 및 합성된 입자 중에서 불순물인 NaI를 제거하는 단계로 나눌 수 있다. 원료는 분말 형태의 CuI, InI3 및 GaI3의 요오드화합물을 피리딘(pyridine) 용매와 혼합한 용액과 Na2Se을 메탄올(methanol) 용매와 혼합한 용액 형태로 준비된다. 이때, 피리딘과 메탄올은 탈수소처리(dehydration), 탈산소처리(deoxygenation) 및 증류처리(distillation)를 통하여 수분이 제거된 용매이다. Referring to FIG. 1, a method of preparing a colloidal CIGS-based nanoparticle may be divided into preparing a raw material, synthesizing the raw material, and removing NaI as an impurity from the synthesized particles. The raw material is prepared in the form of a solution in which iodine compounds of CuI, InI 3 and GaI 3 in powder form are mixed with a pyridine solvent and Na 2 Se is mixed with a methanol solvent. At this time, pyridine and methanol are solvents from which water is removed through dehydration, deoxygenation and distillation.

여기서, 분말 형태의 CuI, InI3 및 GaI3 화합물이 피리딘 용매에 잘 용해될 수 있도록 하기 위하여 피리딘 용매의 온도가 40~80℃가 되도록 조절한다. 상기 온도는 CuI, InI3 및 GaI3의 요오드화합물이 피리딘 용매에 녹을 수 있는 최적의 온도이다. 구체적으로, 온도가 40℃보다 낮을 경우, 상기 화합물이 용매에 잘 녹지 못하게 된다. 또한, 80℃보다 높을 경우 용액이 끓는 현상이 발생할 수 있으며 이는 반응 과정 중의 질소분위기를 방해하고, 반응시킨 용액이 플라스크 밖으로 끓어 넘쳤을 시 알맞은 CIGS 조성비와 수율을 얻기 어렵다. Here, the temperature of the pyridine solvent is adjusted to be 40 ~ 80 ℃ in order to be able to dissolve the CuI, InI 3 and GaI 3 compound in powder form in the pyridine solvent. The temperature is the optimum temperature at which iodine compounds of CuI, InI 3 and GaI 3 can be dissolved in a pyridine solvent. Specifically, when the temperature is lower than 40 ℃, the compound is difficult to dissolve in the solvent. In addition, when the temperature is higher than 80 ° C., the solution may be boiled, which may interfere with the nitrogen atmosphere during the reaction, and it is difficult to obtain a proper CIGS composition ratio and yield when the reacted solution boils out of the flask.

CuI, InI3 및 GaI3의 요오드화합물을 피리딘(pyridine) 용매와, Na2Se을 메탄올(methanol) 용매와 혼합은 질소를 사용하여 불활성분위기에서 진행한다. 한편, CIGS 광흡수층의 효율은 Cu, In, Ga, Se이 각각 1.1 , 0.68, 0.23, 1.91의 조성비를 가질 때 가장 높다고 알려져 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 상기 조성비에 맞추어 분말의 합성량을 조절하였다. 즉, CuI는 약 1.05g, InI3는 약 1.69g, GaI3는 약 0.52g, Na2Se는 약 1.20g, 용매인 피리딘은 약 30ml 그리고 용매인 메탄올은 약 20ml이었다. 질소 분위기에서 상기 반응을 진행하면, 종래와는 달리 저진공에서 합성을 수행할 수 있다. The iodine compounds of CuI, InI 3 and GaI 3 were mixed with a pyridine solvent and Na 2 Se with a methanol solvent in an inert atmosphere using nitrogen. On the other hand, the efficiency of the CIGS light absorption layer is known to be highest when Cu, In, Ga, Se have a composition ratio of 1.1, 0.68, 0.23, 1.91, respectively. Accordingly, in the embodiment of the present invention, the synthesis amount of the powder was adjusted in accordance with the composition ratio. That is, about 1.05 g of CuI, about 1.69 g of InI 3 , about 0.52 g of GaI 3 , about 1.20 g of Na 2 Se, about 30 ml of pyridine as a solvent, and about 20 ml of methanol as a solvent. If the reaction is carried out in a nitrogen atmosphere, it can be carried out in a low vacuum unlike the conventional.

이어서, 상기 두 용액을 혼합하여 나노 입자를 합성한다. 이를 위해, CuI, InI3, GaI3 분말이 녹아있는 피리딘 용액과 Na2Se 분말이 녹아있는 메탄올 용액을 얼음조(Ice-bath)에서 교반(stirring)시키며 반응시킨다. 합성된 나노 입자는 콜로이드 형태로 CIGS와 부산물인 NaI이 석출된다. 그후 약 24시간동안 안정화시킨다. 본 발명의 실시예에서 사용된 용매인 피리딘은 어느 점이 -42.0℃이다. 이에 따라, 종래에 제시된 드라이아이스(-78.0℃)조를 사용하는 것은 바람직하지 않다. 왜냐하면, 드라이아이스조를 사용하면, 피리딘이 얼게 되어 상기 합성이 원활하게 이루어질 수 없기 때문이다.Subsequently, the two solutions are mixed to synthesize nanoparticles. To this end, a pyridine solution in which CuI, InI 3 and GaI 3 powders are dissolved, and a methanol solution in which Na 2 Se powder is dissolved are reacted by stirring in an ice bath. The synthesized nanoparticles are colloidal to precipitate CIGS and byproduct NaI. Then stabilize for about 24 hours. Pyridine, the solvent used in the examples of the present invention, is -42.0 ° C at some point. Accordingly, it is not preferable to use a dry ice (-78.0 ° C.) bath proposed in the prior art. This is because when the dry ice bath is used, pyridine is frozen and the synthesis cannot be performed smoothly.

한편, 부산물인 NaI를 제거하는 과정은 먼저 원심분리기를 이용하여 CIGS 콜로이드와 NaI를 층분리시키고, 그후 메탄올과 초음파세척기를 사용하여 세척을 반복하며 부산물인 NaI를 제거한다. 이에 따라, 부산물인 NaI가 제거된 CIGS 나노 입자를 얻을 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 상기와 같은 방법으로 제조된 CIGS 나노 입자를 약 1시간 이내에 얻을 수 있다. On the other hand, the process of removing the by-product NaI is first separated by CIGS colloid and NaI layer using a centrifuge, then repeated washing using methanol and ultrasonic cleaner to remove the by-product NaI. Accordingly, CIGS nanoparticles from which NaI, which is a byproduct, are removed can be obtained. According to an embodiment of the present invention, CIGS nanoparticles prepared by the above method can be obtained within about 1 hour.

종래의 용매열법은 유독한 아민화합물을 반응용기의 밀봉에 어려움이 있어서장시간(20~60시간) 사용하기 때문에 요구되는 물성을 얻기 어려우나, 본 발명의 실시예에 의한 CIGS에 의하면 상대적으로 짧은 1시간 이내에 나노 입자를 얻을 수 있다. 또는 합성과정이 종래에 비해 낮은 온도에서 진행되므로, 제조비용을 줄일 수 있다. Conventional solvent thermal method is difficult to obtain the required physical properties because it is difficult to seal the reaction vessel toxic amine compound for a long time (20 ~ 60 hours), but according to the CIGS according to an embodiment of the present invention a relatively short one hour Nanoparticles can be obtained within. Alternatively, since the synthesis process is performed at a lower temperature than the conventional one, the manufacturing cost can be reduced.

도 2a는 본 발명의 실시예에 의해 합성한 CIGS 나노 입자를 몰리브덴(Mo)이 증착된 소다 라임(soda lime) 유리판에 코팅 후, 그리고 400℃에서 30분 동안 Ar 분위기에서 열처리 후의 조성비를 EDX로 분석한 그래프이다. 도 2b는 도 2a를 통하여 분석한 조성비이다. 여기서, 해칭이 되지 않은 부분은 증착 후의 EDX 분석의 결과이며, 빗금 친 부분은 어닐링 후의 EDX 분석 결과이다. 이때, 코팅을 위한 결합재는 에틸셀룰로오스와 알콜류(butyl carbitol) 용매를 혼합하여 사용하였다. FIG. 2A shows the composition ratio of the CIGS nanoparticles synthesized according to the embodiment of the present invention on a soda lime glass plate on which molybdenum (Mo) was deposited, and after heat treatment in an Ar atmosphere at 400 ° C. for 30 minutes. This is a graph analyzed. FIG. 2B is a composition ratio analyzed through FIG. 2A. Here, the part which is not hatched is the result of EDX analysis after vapor deposition, and the hatched part is the result of EDX analysis after annealing. At this time, the binder for coating was used by mixing a mixture of ethyl cellulose and alcohol (butyl carbitol) solvent.

도시된 바와 같이, CIGS의 조성비는 Cu0.98In0.68Ga0.23Se1.91의 비율에서 가장 효율이 높은 것으로 알려져 있다. 본 발명에 따라 합성한 CIGS 나노 입자는 Cu0.97In0.68Ga0.3Se1.95의 비율을 가지고, 열처리 후에는 Cu0.97In0.68Ga0.3Se1.96의 비율을 나타낸다. 즉, 본 발명의 실시예에 의해서도 안정된 CIGS 나노 입자를 얻을 수 있었다. 한편, 도 1에서 설명한 합성방법에 의해 합성된 CIGS 나노 입자를 결합재와 혼합하여 코팅을 하면, 태양광을 흡수하는 흡수층으로 사용할 수 있다. As shown, the composition ratio of CIGS is known to be the most efficient at the ratio of Cu 0.98 In 0.68 Ga 0.23 Se 1.91 . CIGS nanoparticles synthesized according to the present invention has a ratio of Cu 0.97 In 0.68 Ga 0.3 Se 1.95 , and after heat treatment, shows a ratio of Cu 0.97 In 0.68 Ga 0.3 Se 1.96 . That is, the CIGS nanoparticles which were stable also by the Example of this invention were obtained. On the other hand, when the CIGS nanoparticles synthesized by the synthesis method described in FIG. 1 is mixed with a binder and coated, it can be used as an absorbing layer that absorbs sunlight.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 합성한 CIGS 나노 입자를 몰리브덴(Mo)이 증착된 소다 라임 유리판에 코팅 후, 400℃에서 30분 동안 Ar 분위기에서 열처리 후의 XRD 패턴 결과를 나타내는 그래프이다. 여기서, 실선은 증착 후의 XRD 패턴이며, 일점쇄선은 어닐닝 후의 XRD 패턴이다. 이때, 코팅을 위한 결합재는 에틸셀룰로오스와 알콜류(butyl carbitol) 용매를 혼합하여 사용하였다. CIGS의 피크인 (112), (220), (321), (008), (332)등의 피크가 관측되었으며, 이러한 피크는 상기 CIGS 입자가 태양광을 흡수하는 흡수층으로 안정된 구조인 칼코피레이트(chalcopyrite) 구조를 가지고 있음을 의미한다. Figure 3 is a graph showing the XRD pattern results after the CIGS nanoparticles synthesized according to an embodiment of the present invention coated with molybdenum (Mo) soda lime glass plate, and then heat-treated in Ar atmosphere for 30 minutes at 400 ℃. Here, a solid line is an XRD pattern after vapor deposition, and a dashed-dotted line is an XRD pattern after annealing. At this time, the binder for coating was used by mixing a mixture of ethyl cellulose and alcohol (butyl carbitol) solvent. Peaks such as (112), (220), (321), (008) and (332), which are the peaks of CIGS, were observed, and these peaks were chalcopyrate, which is a stable structure of the absorption layer where the CIGS particles absorb sunlight. (chalcopyrite) has a structure.

도 4는 도 1에 제시된 방법에 의해 CIGS 나노 입자를 제조한 후에 이를 닥터블레이드 방식으로 코팅한 것을 10배로 확대한 SEM 사진이다. 이때, 코팅을 위한 결합재는 에틸셀룰로오스와 알콜류(butyl carbitol) 용매를 혼합하여 사용하였다. 사진에서, 어두운 부분이 CIGS 나노 입자이고, 밝은 부분은 기공(hole)이다. CIGS 입자는 전체에 걸쳐서 일정한 분포를 보이며 코팅된 것을 알 수 있다. 본 발명에 의해 제조된 CIGS 나노 입자는 적절한 마스크(Mask)를 사용하여 간편하게 패턴화된 박막을 형성할 수 있다.FIG. 4 is a SEM photograph at 10 times magnification of the CIGS nanoparticles prepared by the method shown in FIG. 1 and then coated in a doctor blade manner. At this time, the binder for coating was used by mixing a mixture of ethyl cellulose and alcohol (butyl carbitol) solvent. In the photograph, the dark part is CIGS nanoparticles, and the light part is a hole. It can be seen that the CIGS particles are coated with a uniform distribution throughout. CIGS nanoparticles prepared by the present invention can easily form a patterned thin film using a suitable mask (Mask).

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is possible.

Claims (4)

분말 형태의 CuI, InI3 및 GaI3의 요오드화합물을 피리딘(pyridine) 용매와 혼합한 피리딘 용액을 준비하는 단계;
Na2Se을 메탄올(methanol) 용매와 혼합한 메탄올 용액을 준비하는 단계;
상기 피리딘 용액과 상기 메탄올 용액을 혼합하여 나노 입자를 합성하는 단계; 및
부산물인 NaI를 제거하는 단계를 포함하는 CIGS계 나노 입자의 제조방법.
Preparing a pyridine solution obtained by mixing iodine compounds of CuI, InI 3 and GaI 3 in powder form with a pyridine solvent;
Preparing a methanol solution in which Na 2 Se is mixed with a methanol solvent;
Synthesizing nanoparticles by mixing the pyridine solution and the methanol solution; And
Method for producing a CIS-based nanoparticles comprising the step of removing the by-product NaI.
제1항에 있어서, 상기 피리딘 용액은 40~80℃로 가열하여 형성되는 것을 특징으로 하는 CIGS계 나노 입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the pyridine solution is formed by heating to 40 ~ 80 ℃ CIGS-based nanoparticles manufacturing method. 제1항에 있어서, 상기 피리딘 용액과 상기 메탄올 용액은 불활성 분위기에서 형성되는 것을 특징으로 하는 CIGS계 나노 입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the pyridine solution and the methanol solution is formed in an inert atmosphere. 제1항에 있어서, 상기 피리딘 용액과 상기 메탄올 용액을 혼합하여 나노 입자를 합성하는 단계는 얼음조에서 진행되는 것을 특징으로 하는 CIGS계 나노 입자의 제조방법.







The method of claim 1, wherein the synthesizing the nanoparticles by mixing the pyridine solution and the methanol solution is performed in an ice bath.







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