臺灣博碩士論文加值系統

CuGaSe2磊晶薄膜如果要應用在太陽電池元件上，薄膜表面形貌與品質必需符合一定的要求，才能達成具高轉換效率之元件。我們初步的研究發現，表面形貌的平整度與薄膜組成有關而有顆粒和條紋狀的析出物，此外在磊晶過程中薄膜複製基板表面形貌，也是另一個造成薄膜表面不平整的因素。所以我們對成長速率和基板處理做一系列的探討，發現在成長速率慢與基板表面平整的條件下，可成長出較平整的CuGaSe2磊晶薄膜。在尋找出較平整的薄膜表面成長方式後，我們依此方式製備一批不同組成的試片，分析其表面形貌和組成的關係，發現在接近定比組成的稍Cu-rich試片，可獲得較平整的薄膜表面。Ga-rich的試片的表面條紋狀分佈則較密集。而Se不足的試片，其表面佈滿大小不均的坑洞。Se不足的試片其PL發光峰不明顯，強度很弱。而組成接近定比的試片，其PL光譜則有較強的Exciton發光峰，顯示其薄膜品質較佳。

摘要
目錄...........................................................................................................a
附表目錄...................................................................................................c
附圖目錄..................................................................................................d
1. 前言......................................................................................................1
2. 實驗步驟..............................................................................................5
2.1 CuGaSe2薄膜成長.......................................................................5
2.1.1分子束磊晶系統..................................................................5
2.1.2基板處理..............................................................................6
2.1.3磊晶成長..............................................................................7
2.1.4退火處理..............................................................................8
2.2 薄膜分析.......................................................................................8
2.2.1α-step量測..........................................................................8
2.2.2 X-ray繞射儀.......................................................................8
2.2.3掃瞄式電子顯微鏡.............................................................9
2.2.4電子微探針分析儀(EPMA)...............................................9
2.2.5光激光系統(Photoluminescence;PL).................................9
3. 結果與討論.......................................................................................11
3.1 磊晶成長..................................................................................11
3.2 薄膜成長速率與溫度和表面形貌之關係..............................13
3.3 薄膜組成變化和表面形貌之關係..........................................13
3.4 CuGaSe2磊晶薄膜之PL特性分析.........................................14
4. 結論...................................................................................................17
參考文獻..............................................................................................18
附表目錄
表一 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族化合物半導體之能隙
表二 各分子源溫度與通量之相對關係
表三 CuGaSe2磊晶薄膜之X-ray繞射結晶相鑑定
表四CuGaSe2磊晶薄膜(Se含量不足的試片)之d-spacing變化
附圖目錄
圖一 黃銅礦(Chalcopyrite)之結構
圖二 Cu2Se-Ga2Se3之擬二元相圖(Pseudo Binary Phase Diagram)
圖三 一三六族半導體太陽電池之Tandem Cell架構
圖四 分子束磊晶系統
圖五 找尋成長條件所使用之雲母片形貌
圖六 PL系統裝置
圖七CuGaSe2磊晶薄膜之X-ray繞射圖
圖八 GaAs基板經蝕刻清潔後之表面形貌(置於蝕刻液燒杯中)
圖九 GaAs基板經蝕刻清潔後之表面形貌(置於蝕刻液燒杯底部)
圖十 GaAs基板在MBE系統中加熱至500℃之表面形貌
圖十一 550℃成長之薄膜表面形貌(500℃開始成長)NO.550-1
圖十二 550℃成長之薄膜表面形貌NO.550-2
(Buffer Layer成長5min再施以Se退火5min)
圖十三 550℃成長之薄膜表面形貌NO.550-3
(Buffer Layer成長5min，Se退火5min，成長完畢後Se退火10min)
圖十四 550℃成長之薄膜表面形貌NO.550-4
(Buffer Layer成長5min，Se退火5min，成長完畢後Se退火20min)
圖十五 600℃成長之薄膜表面形貌NO.600-1~-3
圖十六 550℃成長之薄膜表面形貌NO.550-5~-7
(Se含量不足之試片)
圖十七 550℃成長之薄膜表面形貌NO.550-8~-9
(偏Ga-rich之試片)
圖十八 550℃成長之薄膜表面形貌NO.550-3、NO.550-10~-11
(偏Cu-rich之試片)
圖十九 550℃成長之薄膜PL光譜圖NO.550-5
圖二十 550℃成長之薄膜PL光譜圖NO.550-6
圖二十一 550℃成長之薄膜PL光譜圖NO.550-7
圖二十二 600℃與550℃成長之薄膜PL光譜強度比較
圖二十三 600℃成長之薄膜PL光譜圖NO.600-1
圖二十四 600℃成長之薄膜PL光譜圖NO.600-2
圖二十五 600℃成長之薄膜PL光譜圖NO.600-3
圖二十六 PL發光峰之鑑定(改變入射雷射光強度)NO.550-2
圖二十七 PL發光峰之鑑定(改變入射雷射光強度)NO.550-11
圖二十八 550℃成長之薄膜PL光譜圖NO.550-10
圖二十九 550℃成長之薄膜PL光譜圖NO.550-11
圖三十 550℃成長之薄膜PL光譜圖NO.550-2
圖三十一 550℃成長之薄膜PL光譜圖NO.550-8

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