臺灣博碩士論文加值系統

薄膜太陽能電池由於在成本上的優勢，包括材料的節省、製程簡單化、可大面積生產等特點，相對於傳統矽晶太陽能電池具有較大的潛能成為下一代太陽能電池的主流，而薄膜太陽能電池中早期較偏重矽薄膜之發展，但轉換效率一直無法提升，近期另一型銅銦鎵硒(Copper Indium Gallium Selenide，CIGS)薄膜太陽能電池漸受矚目，此材料具有以下幾項優勢(1)成本低(2)製程能源需求低(3)大面積元件效率高(4)量產成品良率高(5)基材應用範圍廣泛(玻璃基板、不銹鋼、塑膠聚合物、錫箔等可撓式基板)。在眾多種類薄膜太陽能電池中，CIGS 薄膜太陽能電池穩定性及轉換效率都已經相當優異，相信是未來薄膜太陽能電池發展的主流。
在本研究中，吾人嘗試在導電膜氧化鋅鋁 (Al-doped zinc oxide，AZO)上蒸鍍二種不同的金屬組成，分別為Ni/Ag、Ni/Au，將試片分成數批經歷不同的退火條件，接著利用傳輸線模型(Transmission line model，TLM)量測其金屬材料和導電膜AZO之間的歐姆接觸特徵電阻(ρc) ，其中以Ni/Au金屬組成在導電膜AZO上，熱退火350℃以下皆可獲得最佳的熱穩定性。
本研究亦將特徵電阻效應及穩定性最佳的Ni/Au金屬組成蒸鍍在銅銦硒(Copper Indium Selenide，CIS)薄膜太陽能電池上，同樣獲得相同的結果，由此實驗證明，Ni/Au金屬組成在CIS薄膜太陽能電池上，可以獲得較佳的熱穩定性。

Due to the features of saving material, simple process, large-scale fabrication, etc., the thin film solar cell is a potential candidate of low cost solar energy product. Among the thin film solar cell products, amorphous silicon attracts more intention and has been developed. However, there is a barrier for the improvement of efficiency by using this material. In recent years, another thin film material, Copper Indium Gallium Selenide (CIGS), becomes the a interesting material due to its advantages, such as : (a) low fabrication cost, (b) low energy requirement for manufacture, (c) large area device with higher efficiency, (d) high production yield and (e) flexible usage of substrate (ex. glass, stainless, polymer, tin foil, etc.) It is believed that the CIGS will be the main stream of thin film solar cell.
In this study, we try to deposit various metal materials on Al-doped zinc oxide (AZO) conduction film. The metal materials include Ni/Ag and Ni/Au in this study. After deposition of metal alloy, the samples were annealed with different annealed temperature in the range of 200~400℃. We use the transmission line model (TLM) method to analyze the ohmic contact resistivity of samples.
In addition, this study also deposited the optimized metal materials/AZO on Copper Indium Selenide (CIS) thin film solar cell. Then the samples were processed with different annealing conditions. The efficiency stability of solar cell is also analyzed.

目 錄
指導教授推薦書……………………………………………………
口試委員會審定書………………………………………………………
授權書………………………………………………………………….
誌謝……………………………………………………………………iv
中文摘要…………………………………………………………………v
英文摘要……………………………………………………………….vi
目錄……………………………………………………………………vii
附圖目錄………………………………………………………………ix
附表目錄………………………………………………………………xii
第一章 緒論…………………………………………………………..1
1.1 前言……………………………………………………………1
1.2 研究背景與動機………………………………………………1
第二章 理論介紹…………………………………………………..3
2.1 CIGS太陽電池介紹……………………………………………3
2.2太陽電池之理論………………………………………………6
2.3太陽電池分類…………………………………………………11
2.4歐姆接觸理論…………………………………………………15
2.5電流傳導機制…………………………………………………17
2.6傳輸線模型……………………………………………………18
2.7氧化鋅鋁(Al-doped zinc oxide，AZO)透明導電薄膜………21
2.8四點探針法……………………………………………………22
第三章 實驗內容……………………………………………………….24
3.1歐姆接觸製程…………………………………………………24
3.2特徵接觸電阻(ρc)的量測……………………………………26
3.3 AZO導電膜在不同退火溫度條件下之片電阻變化關係……28
3.4相關儀器設備…………………………………………………28
3.4.1 微影製程……………………………………………………28
3.4.2蒸鍍機………………………………………………………32
第四章 結果分析與討論……………………………………………35
4.1 AZO導電膜之片電阻量測比較………………………………35
4.2 TLM量測比較…………………………………………………37
4.2.1 TLM數據整理及特徵電阻ρc值計算……………………37
4.2.2各種退火條件TLM數據整理及特徵電阻ρc值計算……39
4.2.3各種退火條件特徵電阻ρc值整理…………………………59
4.2.4數據結果分析………………………………………………59
4.3 Ni/Au 合金金屬在CIS 太陽能電池上效應分析……………62
第五章 結論與建議…………………………………………………81
參考文獻…………………………………………………………….…82











附圖目錄
第二章 理論介紹…………………………………………
2.1 CIGS 太陽電池結構圖…………………………………………4
2.2 CIGS材料對光吸收之吸收係數………………………………5
2.3 太陽光譜圖……………………………………………………6
2.4 AMm示意圖……………………………………………………7
2.5 太陽電池工作原理……………………………………………8
2.6 太陽電池I-V特性曲線圖………………………………………10
2.7 太陽電池之等效電路圖………………………………………11
2.8 太陽電池以材料不同之區分圖………………………………12
2.9 金屬與重摻雜N型半導體界面之能帶圖……………………16
2.10 電流傳導機制………………………………………………18
2.11 傳輸線模型的等效電路……………………………………20
2.12 傳輸線模型的電阻值與距離關係圖………………………21
第三章 實驗內容
3.1 傳輸線模型之尺寸示意圖……………………………………27
3.2 元件製程流程圖………………………………………………27
3.3 正負光阻示意圖………………………………………………30
3.4 旋轉塗佈示意圖………………………………………………30
3.5 高溫蒸鍍機系統………………………………………………33
3.6電子束蒸鍍機…………………………………………………33
3.7 合金金屬在CIS太陽能電池上之效應分析流程圖……….…34
第四章 實驗結果
4.1 AZO片電阻與溫度關係圖……………………………………36

4.2 Ni/Ag-A點(25℃)電阻值與距離關係圖………………………39
4.3 Ni/Ag-B點(25℃)電阻值與距離關係圖………………………40
4.4 Ni/Ag-C點(25℃)電阻值與距離關係圖………………………40
4.5 Ni/Ag-A點(200℃)電阻值與距離關係圖………………………41
4.6 Ni/Ag-B點(200℃)電阻值與距離關係圖………………………42
4.7 Ni/Ag-C點(200℃)電阻值與距離關係圖………………………42
4.8 Ni/Ag-A點(250℃)電阻值與距離關係圖………………………43
4.9 Ni/Ag-B點(250℃)電阻值與距離關係圖………………………44
4.10 Ni/Ag-C點(250℃)電阻值與距離關係圖……………………44
4.11 Ni/Ag-A點(300℃)電阻值與距離關係圖……………………45
4.12 Ni/Ag-B點(300℃)電阻值與距離關係圖……………………46
4.13 Ni/Ag-C點(300℃)電阻值與距離關係圖……………………46
4.14 Ni/Ag-A點(350℃)電阻值與距離關係圖……………………47
4.15 Ni/Ag-B點(350℃)電阻值與距離關係圖……………………48
4.16 Ni/Ag-C點(350℃)電阻值與距離關係圖……………………48
4.17 Ni/Au-A點(25℃)電阻值與距離關係圖………………………49
4.18 Ni/Au-B點(25℃)電阻值與距離關係圖………………………50
4.19 Ni/Au-C點(25℃)電阻值與距離關係圖………………………50
4.20 Ni/Au-A點(200℃)電阻值與距離關係圖……………………51
4.21 Ni/Au-B點(200℃)電阻值與距離關係圖……………………52
4.22 Ni/Au-C點(200℃)電阻值與距離關係圖……………………52
4.23 Ni/Au-A點(250℃)電阻值與距離關係圖……………………53
4.24 Ni/Au-B點(250℃)電阻值與距離關係圖……………………54
4.25 Ni/Au-C點(250℃)電阻值與距離關係圖……………………54
4.26 Ni/Au-A點(300℃)電阻值與距離關係圖……………………55
4.27 Ni/Au-B點(300℃)電阻值與距離關係圖……………………56
4.28 Ni/Au-C點(300℃)電阻值與距離關係圖……………………56
4.29 Ni/Au-A點(350℃)電阻值與距離關係圖……………………57
4.30 Ni/Au-B點(350℃)電阻值與距離關係圖……………………58
4.31 Ni/Au-C點(350℃)電阻值與距離關係圖……………………58
4.32 Ni/Ag特徵電阻ρc (Ω-cm2) 與溫度關係圖…………………65
4.33 Ni/Au特徵電阻ρc (Ω-cm2) 與溫度關係圖…………………66
4.34 Ni/Ag 退火前金屬表面………………………………………67
4.35 Ni/Ag 退火200℃ 後金屬表面………………………………68
4.36 Ni/Ag退火250℃ 後金屬表面………………………………69
4.37 Ni/Ag退火300℃ 後金屬表面………………………………70
4.38 Ni/Ag退火350℃ 後金屬表面………………………………71
4.39 Ni/Ag退火400℃ 後金屬表面………………………………72
4.40 Ni/Au 退火前金屬表面………………………………………73
4.41 Ni/Au 退火200℃ 後金屬表面………………………………74
4.42 Ni/Au退火250℃ 後金屬表面………………………………75
4.43 Ni/Au退火300℃ 後金屬表面………………………………76
4.44 Ni/Au退火350℃ 後金屬表面………………………………77
4.45 Ni/Au退火400℃ 後金屬表面………………………………78
4.46 Class A One sun (100mw/cm2) 量測CIS太陽能電池電流-電壓(I-V)關係圖……………………………………………………80





附表目錄
第四章 實驗結果………………………………………………………..
4.1 AZO片電阻與溫度關係表……………………………………36
4.2 Ni/Ag TLM (25℃)數據………………………………………38
4.3 Ni/Ag TLM (200℃)數據………………………………………41
4.4 Ni/Ag TLM (250℃)數據………………………………………43
4.5 Ni/Ag TLM (300℃)數據………………………………………45
4.6 Ni/Ag TLM (350℃)數據………………………………………47
4.7 Ni/Au TLM (25℃)數據………………………………………49
4.8 Ni/Ag TLM (200℃)數據………………………………………51
4.9 Ni/Ag TLM (250℃)數據………………………………………53
4.10 Ni/Ag TLM (300℃)數據……………………………………55
4.11 Ni/Ag TLM (350℃)數據………………………………………57
4.12 Ni/Au TLM特徵電阻ρc (Ω-cm2)……………………………63
4.13 Ni/Au TLM特徵電阻ρc (Ω-cm2)……………………………64
4.13 Class A One sun (100mw/cm2) 量測CIS太陽能電池數據……………………………………………………………………54

[1]N. Stavitski,1 M. J. H. van Dal,2 R.A.M. Wolters,1,3 A.Y. Kovalgin,1 J. Schmitz1,,“Specific Contact Resistance Measurements of Metal-Semiconductor Junctions”, Proceedings of the IEEE International Conference on Microelectronic Test Structures (ICMTS), 6-9 Mar 2006, Austin, TX, USA. pp. 13-17.
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[14]張景學,吳昌崙,《半導體製程技術》,文京圖書有限公司, (2000) P195-208.
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