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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃偉傑
研究生(外文):Wei-ChiehHuang
論文名稱:利用共電鍍與硒化形成銅銦鎵硒薄膜太陽能電池於具有鉻阻障層的可撓式不鏽鋼基板上
論文名稱(外文):A study of fabricating Cu(In,Ga)Se2 solar cells on stainless steel flexible substrate with Cr diffusion barrier layer by selenization of co-plated Cu-In-Ga precursors
指導教授:彭洞清
指導教授(外文):Dung-Ching Perng
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:微電子工程研究所碩博士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:二硒化銅銦鎵電鍍薄膜太陽能電池可撓式不鏽鋼
外文關鍵詞:Cu(InGa)Se2Electrodepositionthin film solar cellflexiblestainless steel substrate
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電鍍具有低成本、製程簡單、製造大面積材料的潛力,且可撓式太陽能電池可使產品多樣化,使其普及到民生用途上並擴大太陽能電池的需求,對於產業界之發展上有相當大的助益。本論文利用共電鍍方式製備Cu-In-Ga先驅層於具有鉻阻障層與Mo背電極的可撓式不鏽鋼基板上,再經由硒化的方式,形成二硒化銅銦鎵﹛Cu(In,Ga)Se2 ﹜吸收層,並製作成Cu(In,Ga)Se2薄膜太陽能電池。
在實驗中電鍍之電位與電流、電解液之Cu-In-Ga相對濃度、硒化溫度與時間等實驗參數皆會影響最終Cu(In,Ga) Se_2吸收層的薄膜品質,本論文透過X光繞射儀(XRD)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、能量分散光譜儀(EDS)及薄膜測厚儀(Alpha step)與太陽光模擬與IV量測系統對製備的Cu(In,Ga)Se2薄膜進行晶體結構、表面形貌、元素組成成份、薄膜厚度與太陽能電池之電性進行分析。
最後成功地作出CIGS薄膜太陽能電池,由電流-電壓特性曲線顯示,此元件具有顯著之二極體特性,目前最佳元件之數據為:Voc=119.97 mV、Jsc = 33.24 mA /cm2、F.F. = 25.86 %、η = 1.03 %。

Electrodeposition (ED) is a simple and low cost process and has the potential for large scale production.Solar cells using flexible substrate can apply to portable devices and have the potential to boost the demand of photovoltaic module.It has considerable benefits to the photovoltaic industry. In this thesis,I used electrodeposition(ED) process to co-plat Cu-In-Ga precursors on a Mo/Cr coated flexible stainless steel substrate .In which,Cr served as a diffusion barrier layer and Mo was the back electrode of the solar cell. After selenization process, the Cu(In,Ga)Se2 absorber layer was formed and Cu(In,Ga)Se2 solar cells were successfully fabricated after CdS/i-ZnO/AZO and metal grids were deposited.
Several process parameters were studied in this thesis.The co- plating voltage,plating current,relative Cu-In-Ga concentrations in the plating solution,and selenization temperature and duration have significant influence on the properties and quality of the Cu(In,Ga)Se2 absorber layer. The study used a X-ray diffractometer for phase identification,a SEM to observe morphology of the thin films,a energy dispersive spectroscopy to analyze the absorber layer,a α-step to measure the thickness of the films and a current-voltage measurement system to analyze electrical characteristics.
Cu(In,Ga)Se2 thin film solar cells have been successfully fabricated on stainless steel flexible substrates. From the current-voltage characteristic plots,the device has remarkable diode characteristic. Currently, the best solar cell yields following photovoltaic parameters: Voc=119.97 mV、Jsc = 33.24 mA/cm2、F.F. = 25.86 %、η = 1.03 %

中文摘要 Ι
英文摘要 ΙΙ
致謝 ΙV
目錄 V
表目錄 VΙΙΙ
圖目錄 ΙΧ
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2太陽能電池之簡介 2
1-3研究動機 5
第二章 原理 6
2-1太陽能電池的原理 6
2-1-1太陽能電池的原理 6
2-1-2太陽能電池的電路模型 8
2-1-3太陽光譜 11
2-2二硒化銅銦與二硒化銅銦鎵太陽能電池 12
2-2-1簡介 12
2-2-2晶體結構與材料特性 13
2-2-3〖 CuInSe〗_2 與CuIn_(1-x) Ga_x Se_2薄膜之製備方式 17
2-3 CuIn_(1-x) Ga_x Se_2薄膜太陽能電池元件架構 21
2-3-1鈉玻璃基板、可撓式基板 22
2-3-2鉬(Mo)背電極 23
2-3-3 CuIn_(1-x) Ga_x Se_2主吸收層 24
2-3-4 CdS/ZnS緩衝層 24
2-3-5 i-ZnO本質氧化鋅層 25
2-3-6氧化鋁鋅(AZO)透明導電層 25
2-3-7 Al/Ni前電極 25
2-4電化學簡介 26
2-4-1電鍍基本裝置及電鍍系統 26
2-4-2電鍍基本原理 27
2-4-3循環伏安法(Cyclic Voltammetry) 28
2-4-4定電位電解法(Chronoamperometry) 29
2-4-5定電流電解法(Chronopotentiometry) 29
2-4-6法拉第定律 29
第三章 實驗 31
3-1實驗材料 31
3-2實驗設備 33
3-2-1恆電位電流儀 33
3-2-2高溫加熱裝置與退火爐管 34
3-2-3濺鍍系統 35
3-3實驗流程 37
3-3-1不鏽鋼基板之清洗 38
3-3-2濺鍍阻障層鉻及鉬背電極 38
3-3-3共電鍍銅銦鎵(Cu-In-Ga)金屬先驅層 39
3-3-4硒化(Selenization)製程 39
3-3-5氰化鉀(KCN)蝕刻 40
3-3-6化學水浴法(CBD)鍍製CdS 40
3-3-7濺鍍i-ZnO 41
3-3-8濺鍍ZnO:Al 41
3-3-9濺鍍銀電極 41
3-4分析儀器原理介紹 42
3-4-1掃瞄式電子顯微鏡(SEM) 42
3-4-2能量分散式光譜儀(EDS) 44
3-4-3 X光繞射儀(XRD) 45
3-4-4化學分析電子光譜儀(XPS) 47
3-4-5太陽光模擬器與IV量測系統 48
第四章 結果與討論 50
4-1鉻阻障層的特性 50
4-2電鍍溶液中錯合劑之使用 51
4-3銅銦鎵金屬先驅層之製備 52
4-3-1改變定電壓的大小對薄膜組成比例之影響 52
4-3-2改變定電流的大小對薄膜組成比例之影響 53
4-3-3共電鍍Cu-In-Ga表面形貌分析 54
4-4兩階段硒化製程製備CIGS主吸收層 56
4-4-1由電鍍秒數控制吸收層厚度 56
4-4-2硒化製程對不同先驅物比例之影響 57
4-4-3硒化製程之溫度與時間對表面形貌之影響 58
4-4-4不同鎵含量對XRD之影響 60
4-4-5硒化製程時間對MoSe_2之影響 60
4-5氰化鉀(KCN)蝕刻 61
4-6化學水浴法沉積硫化鎘(CdS)後之退火 62
4-7元件效率與特性量測 63
4-7-1元件特性 63
4-7-2效率量測 63
第五章 結論 70
參考文獻 71
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