臺灣博碩士論文加值系統

我們成功的以熱溶劑法，合成出三元化合物CuInS2、CuInSe2的奈米粒子，四元化合物CuIn1-xGaxSe2、CuIn(S1-xSex)2的奈米粒子，五元化合物CuIn1-xGaxSSe的奈米粒子。在三元化合物的部份，我們利用升溫速度的不同，來控制CuInS2奈米粒子的四方結構與纖維鋅礦結晶相，並且發現黃銅礦與纖維鋅礦CuInS2有相同的能隙Eg =1.46 eV。在四元化合物的部份，CuIn(S1-xSx)2奈米粒子，經由UV吸收圖譜的分析，其能隙會隨著硒元素的增加而從1.46 eV降至1.0 eV。經由XRD的分析，其晶格常數a會隨著Se/S的比例增加，而呈線性增加，符合Vegard’s law，證明了CuIn(S1-xSx)2奈米粒子為均勻相的合金結構。在五元化合物的部份，經由添加鎵元素到CuIn(S1-xSx)2系統中，成功合成出CuIn1-xGaxSSe的奈米粒子，在STEM-EDS mapping中，其元素分布均勻並且沒有其他元素的存在，從UV吸收的分析，其能隙會因為鎵元素的增加而有降低的現象，其XRD繞射峰也會因為鎵元素的增加而往大角度的方向移動。此外，我們發現選用有相同官能基的前驅物，並且將油胺當作表面活性劑，可以提高合成多元化合物的成功率，這是因為油胺扮演活性劑的角色可以與前趨物形成複合物，有利於形成均勻相的多元化合物合金的奈米粒子。最後，利用這些藉由組成比例而調控其能隙值的奈米粒子，將其應用在太陽能電池吸收層薄膜。

總目錄
中文摘要………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要………………………………………………………………Ⅲ
誌謝……………………………………………………………………Ⅴ
總目錄…………………………………………………………………Ⅵ
圖目錄…………………………………………………………………Ⅸ
表目錄 ………………………………………………………………XIV



第一章緒論與文獻回顧 ………………………………………01
1-1緒論…………………………………………………………………01
1-2銅銦鎵硒薄膜太陽能電池…………………………………………02
1-2-1銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的介紹與發展………………………02
1-2-2銅銦鎵硒材料特性………………………………………………02
1-2-3銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的結構 ……………………………04
1-3 銅銦鎵硒薄膜製備方法 …………………………………………06
1-3-1共蒸鍍……………………………………………………………06
1-3-2濺鍍硒化法………………………………………………………07
1-3-3分子束磊晶法……………………………………………………08
1-3-4電沉積……………………………………………………………09
1-3-5噴塗………………………………………………………………10
1-3-6液相沉積…………………………………………………………10
1-4銅銦鎵硒奈米粒子的製備…………………………………………11
1-4-1熱溶法……………………………………………………………12
1-4-2單源前驅物分解法………………………………………………13
1-4-3熱注射法…………………………………………………………14
1-4-4可調控能隙的奈米粒子…………………………………………18

第二章 研究目的與動機………………………………………22
第三章 實驗裝置與實驗分析儀器…………………………24
3-1實驗裝置圖…………………………………………………………24
3-2實驗分析儀器………………………………………………………24
第四章 奈米粒子的合成………………………………………26
4-1實驗藥品……………………………………………………………26
4-2 CuInS2奈米粒子的合成……………………………………………26
4-3 CuInSe2奈米粒子的合成 …………………………………………26
4-4 CuIn0.79Ga0.21Se2奈米粒子的合成…………………………………27
4-5 CuIn(S1-xSex)2奈米粒子的合成……………………………………27
4-6 CuIn1-xGax(S1-ySey)2奈米粒子的合成 ……………………………27
4-7結果與討論…………………………………………………………28
4-7-1 CuInS2奈米粒子…………………………………………………28
4-7-2 CuInSe2奈米粒子 ………………………………………………32
4-7-3 CuIn0.79Ga0.21Se2奈米粒子………………………………………34
4-7-4 CuIn(S1-xSex)2奈米粒子…………………………………………37
4-7-5 CuIn1-xGax(S1-ySey)2奈米粒子……………………………………49
第五章 奈米粒子應用在製備太陽能電池吸收層薄膜
………………………………………………………………………… 57
5-1 奈米粒子應用在製備太陽能電池吸收層薄膜………………… 57
5-2結果與討論……………………………………………………… 58
5-2-1 薄膜製備……………………………………………………… 58
5-2-2 元件…………………………………………………………… 59
5-2-3 薄膜除碳……………………………………………………… 62
第六章 結論………………………………………………………64
第七章 參考文獻 ………………………………………………66

圖目錄
第一章緒論與文獻回顧
圖1.1太陽能電池種類…………………………………………………01
圖1.2 (a) Ⅱ-Ⅵ族閃鋅礦( zincblend )結構(b)Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ黃銅礦（chalcopyrite）結構……………………………………………03
圖1.3太陽能吸收係數圖………………………………………………04
圖1.4銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的結構………………………………04
圖1.5共蒸鍍示意圖……………………………………………………07
圖1.6濺鍍硒化法示意圖………………………………………………08
圖1.6分子束磊晶法(MBE)設備圖……………………………………09
圖1.7噴塗(Spray Pyrolysis)示意圖……………………………………10
圖1.8 液相沉積示意圖(左)；SEM剖面圖(右)………………………11
圖1.9熱溶法合成CIGS奈米粒子SEM影像圖(a)140℃(b)230℃ …12
圖1.10熱溶法合成CIGS奈米粒子的TEM影像圖…………………12
圖1.11單源前驅物法合成出的奈米粒子SEM影像圖………………13
圖1.12單源前驅物法合成出的奈米粒子高解析TEM影像圖………13
圖1.13 CuInS2奈米粒子的TEM影像圖………………………………14
圖1.14 CuInS2奈米粒子的UV吸收分析圖 …………………………14
圖1.15 Guo合出的銅銦硒(CISe)奈米粒子(a)低解析TEM影像圖(b)UV吸收圖……………………………………………………15
圖1.16 Guo以液滴塗怖(drop-casting)製備太陽能電池以及其效率
圖………………………………………………………………16
圖1.17 Panthani合出的銅銦鎵硒(CIGS)奈米粒子(a)低解析TEM影像圖(b)效率圖……………………………………………………16
圖1.18 Panthani以液滴塗怖(drop-casting)製備太陽能電池吸收層薄
膜………………………………………………………………17
圖1.19 CuInxGa2-xS3.5與CuInxTl2-xS3.5 XRD圖………………………19
圖1.20 CuInxGa2-xS3.5 UV吸收圖 ……………………………………19
圖1.21 (CuInS2)x(ZnS)1-x XRD分析圖………………………………20
圖1.22 (CuInS2)x(ZnS)1-x UV分析圖 ………………………………20
圖1.23 ZnxCd1-xS1-ySey PL與EDS分析圖…………………………21

第三章 實驗裝置與實驗分析儀器
圖3.1實驗裝置圖………………………………………………………24
第四章 奈米粒子的合成
圖4.1液滴塗佈CIGS膜(玻璃尺寸: 20mm×15mm )…………………28
圖4.2 CuInS2之黃銅礦 XRD分析圖…………………………………29
圖4.3 CuInS2之纖維鋅礦 XRD分析圖………………………………29
圖4.4 (a)黃銅礦(c)纖維鋅礦CuInS2低解析TEM影像圖；
(b)黃銅礦(d) 纖維鋅礦CuInS2高解析TEM影像圖…………30
圖4.5 CuInS2 UV吸收光譜分析圖……………………………………31
圖4.6 CuInS2反應路徑圖 ……………………………………………31
圖4.7 CuInSe2 XRD分析圖 …………………………………………32
圖4.8 (a)CuInSe2低解析TEM影像圖；(b) CuInSe2高解析TEM影像圖…………………………………………………………………33
圖4.9 CuInSe2之反應路徑圖 …………………………………………33
圖4.10 CuInSe2 UV吸收光譜分析圖…………………………………34
圖4.11 CuInSe2與CuIn0.79Ga0.21Se2 XRD分析圖 ……………………35
圖4.12 CuInSe2(黑線)與CuIn0.79Ga0.21Se2(紅線) (112) XRD繞射峰分析
圖…………………………………………………………………36
圖4.13 (a)低解析TEM影像圖，(b)(c)高解析TEM影像圖…………36
圖4.14 CuInSe2與CuIn0.79Ga0.21Se2 UV分析圖………………………37
圖4.15 CuIn1-xGaxSe2反應路徑圖 ……………………………………37
圖4.16 CuInSSe XRD分析圖…………………………………………39
圖4.17 CuIn(S1-xSex)2反應路徑圖 ……………………………………39
圖4.18 CuInSSe之EDS分析圖………………………………………40
圖4.19 CuInSSe STEM-EDS mapping分析圖 ………………………40
圖4.20 CuIn(S1-xSex)2 XRD分析圖……………………………………41
圖4.21硒元素莫耳比與晶格常數的分析圖 …………………………42
圖4.22硒元素莫耳比與能隙的分析圖 ………………………………43
圖4.23 CuIn(S1-xSex)2低解析與高解析TEM影像圖 ………………44
圖4.24 CuInS2-xSex UV吸收圖 ………………………………………47
圖4.25 CuIn(S1-xSex)2 TEM-EDS元素組成分析圖……………………48
圖4.26 CuInGaSSe低解析TEM影像圖………………………………49
圖4.27 CuInGaSSe 高解析TEM影像圖 ……………………………49
圖4.28 CuInGaSSe與CuGaSSe(JCPDS 36-1312)、CuInSSe(JCPDS 36-1311) XRD分析比較圖 …………………………………………51
圖4.29 CuInGaSSe EDS分析圖………………………………………52
圖4.30 CuInGaSSe奈米粒子的STEM-EDS mapping分析圖………55
圖4.31 CuIn1-xGaxSSe XRD分析圖……………………………………53
圖4.32 CuIn1-xGaxSSe UV吸收圖 ……………………………………53
圖4.33鎵元素莫耳比與晶格常數的分析圖 …………………………55
圖4.34鎵元素莫耳比與能隙的分析圖 ………………………………55
圖4.35 低解析TEM : (a)CuIn0.7Ga0.3SSe (c)CuIn0.3Ga0.7SSe (e)CuGaSSe。高解析TEM (b)CuIn0.7Ga0.3SSe (d)CuIn0.3Ga0.7SSe (f)CuGaSSe ……………………………56
第五章 奈米粒子應用在製備太陽能電池吸收層薄膜
圖5.1液滴塗佈示意圖…………………………………………………57
圖5.2噴墨塗佈示意圖…………………………………………………58
圖5.3液滴塗佈SEM分析圖 …………………………………………59
圖5.4噴墨塗佈SEM分析圖 …………………………………………59
圖5.5液滴塗佈薄膜元件效率分析圖…………………………………60
圖5.6噴墨塗佈薄膜元件效率分析圖…………………………………61
圖5.7噴墨塗佈製備薄膜的太陽能電池………………………………61
圖5.8未經過燒結與化學處理薄膜EDS分析圖………………………62
圖5.9高溫燒結EDS分析圖……………………………………………63
圖5.10 hydrazine處理後EDS分析圖…………………………………63

表目錄
表一 CuIn(S1-xSex)2各元素組成之EDS、晶格參數a與能隙Eg…48

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