跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(34.204.180.223) 您好!臺灣時間:2021/07/31 18:17
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:嚴孟君
研究生(外文):YEN,Meng-Chen
論文名稱:退火溫度對銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4)薄膜結構和光電特性影響
論文名稱(外文):Effects of Annealing Temperature on Structural and Optoelectronic Properties of Cu2ZnSnS4 Thin Films
指導教授:游瑞松黃鵲容
指導教授(外文):Yu, RueisungHuang, Chuehjung
口試委員:游瑞松黃鵲容蔡木村
口試委員(外文):Yu, RueisungHuang, ChuehjungTsai, Mutsun
口試日期:2012-07-06
學位類別:碩士
校院名稱:亞洲大學
系所名稱:光電與通訊學系碩士班
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:55
中文關鍵詞:溶膠凝膠法鋅黃錫礦結構光電性質晶體結構
外文關鍵詞:Sol-gelKesteniteOptoelectronic propertiesCrystal structure
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:600
  • 評分評分:
  • 下載下載:2
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本研究以溶膠凝膠法製備銅鋅錫硫Cu2ZnSnS4 (CZTS)薄膜於石英玻璃基板上,以控制氬氣氛退火處理250 ℃~350 ℃恆溫1小時,研究退火溫度改變對於CZTS之薄膜晶體結構、表面形貌、斷面結構、化學成分、光學及電學性質影響;研究顯示在不同退火溫度薄膜結構均為鋅黃錫礦結構(Kestenite-Cu2ZnSnS4)並無二次相生成,隨著退火溫度的增加,薄膜平均晶粒尺寸增加,薄膜片狀及纖維狀微結構成長加大,溫度增加造成薄膜中的硫含量下降;退火溫度325 ℃之CZTS薄膜有較佳之吸收係數為最高約為0.94×104 cm-1,電阻率及直接能係為4.35 Ω cm及1.39 eV;退火溫度300 ℃之CZTS薄膜具有較低電阻率3.92 Ω cm,直接能隙值約為1.43 eV。
The sol-gel method was used to prepare Cu2ZnSnS4 (CZTS) films on quartz glass substrates, and then annealed under controlled argon atmosphere of temperature 250~350 ℃ for 1 hour. For the purposes of this study, we identified the effects of annealing temperature on the crystal structure, surface morphology, cross-sectional structure, chemical composition, optoelectronic properties of the CZTS films. As identified through analysis, the films were of the Kestenite-Cu2ZnSnS4 structure, and no secondary phase was observed, regardless of the changes of the annealing temperature. As the annealing temperature increased, the average grain sizes of the films increased, while the plate-like and fibrous microstructures grew and the sulfur contents decreased in the films. The CZTS film annealed at 325 ℃ had the better absorption coefficient up to about 0.94×104 cm-1, and its resistivity value and direct energy gap value were measured as 4.35 Ω cm and 1.39 eV, respectively. The CZTS film annealed at 300 ℃ possessed relatively lower resistivity value of 3.92 Ω cm, and had a direct energy gap value of 1.43 eV.
目錄
摘要I
AbstractII
目錄 III
圖目錄VI
表目錄VIII

第一章 緒論1
1.1 前言1
1.2 研究動機與目的2

第二章 文獻回顧與理論4
2.1薄膜太陽能電池的介紹4
2.2 銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池介紹6
2.3 銅鋅錫硫(CZTS)薄膜介紹7
2.4 溶膠-凝膠法8

第三章 實驗研究方法10
3.1 實驗藥品11
3.2 儀器設備13
3.2.1 旋轉塗佈機 (Spin-Coating)13
3.2.2 電磁加熱攪拌器(Hot Plate Magnetic Stirrer)14
3.2.3 烘箱(Dry Oven)15
3.2.4超音波震盪清洗器 (Ultrasonic Cleaner)16
3.2.5 控制氣氛爐 (Tube Furnace)17
3.3 實驗步驟18
3.3.1 Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜製備步驟18
3.3.2 石英基板之清洗程序19
3.3.3 實驗步驟(Experimental methods)20
3.4 分析儀器22
3.4.1 晶體結構分析22
3.4.2 場發射掃瞄式電子顯微鏡分析(Field Emission Scanning
Electron Microscope,FE-SEM)24
3.4.3 霍爾效應(Hall Effect)25
3.4.4紫外光可見光光譜儀(UV-VIS)27

第四章 結果與討論28
4.1 X-ray繞射分析29
4.2 薄膜平均晶粒尺寸分析30
4.3 場發射掃描式電子顯微鏡分析33
4.4 能量散射光譜儀(EDS)成分分析38
4.4.1 Cu2ZnSnS4 (CZTS)薄膜成分分析38
4.5 Cu2ZnSnS4薄膜之光學穿透與吸收係數量測分析41
4.5.1 Cu2ZnSnS4薄膜之光學穿透係數量測分析41
4.5.2 Cu2ZnSnS4薄膜之光學吸收係數量測分析43
4.6 Cu2ZnSnS4薄膜之光學能隙量測分析45
4.7 Cu2ZnSnS4薄膜之電學性質量測48

第五章 結論50

參考文獻51

致謝54







圖目錄
圖2.1太陽能電池的種類圖5
圖2.2溶膠凝膠化8
圖3.1 旋轉塗佈機機台13
圖3.2 電磁加熱攪拌器14
圖3.3 烘箱15
圖3.4 超音波震盪清洗器16
圖3.5 控制氣氛爐17
圖3.6 CZTS製備流程圖21
圖3.7 X光在繞射時,布拉格定律原理示意圖23
圖3.8 霍爾電壓,電流與磁場方向示意圖效應圖26
圖4.1 為CZTS薄膜於250 ℃至350 ℃不同退火溫度處理後之X-ray
繞射分析29
圖4.2 平均晶粒尺寸計算結果繪製平均晶粒尺寸V.S250 ℃至350 ℃
不同退火溫度處理後CZTS薄膜關係圖32
圖4.3 為場發射掃描式電子顯微鏡之Cu2ZnSnS4薄膜表面形貌,其放
大三萬倍率表面形貌(a) 250 ℃、(c) 275 ℃、(e) 300 ℃、
(g) 325 ℃及(i) 350 ℃;放大為五萬倍率表面形貌(b) 250 ℃
、(d) 275 ℃、(f) 300 ℃、(h) 325 ℃及(j) 350 ℃ 35
圖4.4 為場發射掃描式電子顯微鏡之薄膜斷面結構,退火處理溫度
為(a) 250 ℃、(b) 275 ℃、(c) 300 ℃、(d) 325 ℃及(e) 350 ℃
之Cu2ZnSnS4薄膜 37
圖4.5 為能量散射光譜儀(EDS)分析薄膜化學成分40
圖4.6 能量散射光譜儀(EDS)分析薄膜相對化學成分之比例 40
圖4.7薄膜退火溫度為(a) 250 ℃、(b) 275 ℃、(c) 300 ℃、(d) 325 ℃
及(e) 350 ℃之CZTS薄膜光學穿透係數量測 42
圖4.8薄膜退火溫度為(a) 250 ℃、(b) 275 ℃、(c) 300 ℃、(d) 325 ℃
及(e) 350 ℃之CZTS薄膜光學吸收係數量測 44
圖4.9 為CZTS薄膜之光學能隙量測,薄膜退火溫度為(a) 250 ℃、(b)
275 ℃、(c) 300 ℃、(d) 325 ℃及(e) 350 ℃ 46
圖4.10 為不同退火溫度之CZTS薄膜與直接能隙值 47









表目錄
表3.1 前驅物溶質配備實驗藥品介紹 11
表3.2 前驅物溶劑配備實驗藥品介紹 12
表4.1所示為不同退火溫度之CZTS薄膜的平均晶粒尺寸計算結果 31
表4.2於250 ℃至350 ℃退火溫度CZTS薄膜之電學性質量測 49










[1]P. Jackson, D. Hariskos, E. Lotter, S. Paetel, R. Wuerz, R. Menner, W. Wischmann, and M. Powalla, Progress in Photovoltaics: Research and Applications, (2011) 894.
[2]Y. B. K. Kumar, P. U. Bhaskar, G. S. Babu, and V. S. Raja, Status Solidi A, 207 (2010) 149.
[3]馮垛生 (2009)。太陽能發電原理與應用。五南圖書出版公司。
[4]林明獻 (2008)。太陽能技術入門。全華出版社。
[5]D. A. Neamen 著,楊賜麟譯,(2005),半導體物理與元件,美商麥格羅.希爾國際股份有限公司。
[6]黃惠良 (2008)。太陽電池。五南圖書出版公司。
[7]趙莉敏 (2011)。水熱法合成Cu2ZnSnS4粉體及其特性探討。台南大學。碩士論文。
[8]G. P. Bernardini, D. Borrini, A. Caneschi, F. D. Benedetto, D. Gatteschi, S. Ristori, and M. Romanelli, Phys. Chem. Miner., 27 (2000) 453.
[9]J. S. Seol, S. Y. Lee, J. C. Lee, H. D. Nam, and K. H. Kim, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 75 (2003) 155.
[10]D. S. Wuu, M. Y. Yeh, C. C. Lee, and S. H. Chang, J. Sol-Gel Sci Technol., (2009) 65.
[11]M. Satoh, Epitaxial growth of zinc oxide whiskers by chemical-vapor deposition under atmospheric pressure, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1, 38 (1999) 586.
[12]Y. B. K. Kumar, G. S. Babu, P. U. Bhaskar, and V. S. Raja, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 93 (2009) 1230.
[13]N. Kamoun, H. Bouzouita, and B. Rezig, Thin Solid Films, 515 (2007) 5949.
[14]Y. Cui, S. Zuo, J. Jiang, S. Yuan, and J. Chu, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 95 (2011) 2136.
[15]K. Ito, and T. Nakazawa, Jpn. J. Appl. Phys., 27 (1988) 2094.
[16]T. M. Friedlmeier, N. Wieser, T. Walter, H. Dittrich, and H. W. Schock, Proc. 14th European Confe. Photovoltaic Science and Engineering Bedford, (1997) 1242.
[17]T. Tanaka, D. Kawasaki, M. Nishio, Q. Guo, and H. Ogawa, Phys. Status Solidi C, 3 (2006) 2844.
[18]黃家華,(2006),薄膜太陽電池技術。太陽能光電暨前瞻顯示器研討會,36。
[19]T. Todorov, M. Kita, J. Garda, and P. Escribano, Thin Soild Films, 517 (2009) 2541.
[20]Z. Zhou, Y. Wang, D. Xu, and Y. Zhang, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 94 (2010) 2042.
[21]K. Tanaka, N. Moritake, and H. Uchiki, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 91 (2007) 1199.
[22] K. Tanaka, Y. Fukui, N. Moritake, and H. Uchiki, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 95 (2011) 838.
[23]K. Tanaka, N. Moritake, M. Oonuki, and H. Uchiki, Jpn. J. Appl. Phys., (2008) 598.
[24]A. Wangperawong, J. S. King, S. M. Herron, B. P. Tran, K. P. Okimoto, and S. F. Bent, IEEE (2010) 1987.
[25]K. Maeda, K. Tanaka, Y. Fukui, and H. Uchiki, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 95 (2011) 2855.
[26]M. Cao, and Y. Shen, J. Cryst. Growth, 318 (2011) 1117.
[27]K. Moriya, K. Tanaka, and H. Uchiki, Jpn. J. Appl. Phys., 46 (2007) 5780.
[28]B. S. Pawar, S. M. Pawar, S. W. Shin, D. S. Choi, C. J. Park, S. S. Kolekar, and J. H. Kim, Appl. Surf. Sci., 257 (2010) 1786.
[29]K. Tanaka, M. Oonuki, N. Moritake, and H. Uchiki, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 93 (2009) 583.
[30]S. Chen, X. G. Gong, A. Walsh, and S. H. Wei, Appl. Phys. Lett., 96 (2010) 021902.
[31]林麗娟(1994)。X光繞射應用簡介,台北市,工業材料雜誌,100。
[32]林智仁(2002)。場發式掃描式電子顯微鏡簡介。台北市,工業材料雜誌,181。
[33]K. C. Tsai, J. M. Shieh, and B. T. Dai, Electrochem. Solid-State Lett., (2003) 31.
[34]M. Wei, Q. Du, D. Wang, W. Liu, G. Jiang, and C. Zh, Mater. Lett., 79 (2012) 177.

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top