跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(18.204.48.64) 您好!臺灣時間:2021/08/03 12:30
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

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:劉劍鋒
研究生(外文):Chien-fong Liu
論文名稱:靶材及製程對太陽能電池鉬背電極薄膜特性的影響
論文名稱(外文):Effects of Sputtering Targets and Processes upon Characteristics of Molybdenum Back Electrodes in Solar Cells
指導教授:王錫福
口試委員:郭俞麟吳玉娟徐永富
口試日期:2012-07-27
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:材料及資源工程系研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
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:78
中文關鍵詞:銅銦鎵硒太陽能電池金屬背電極直流式濺鍍射頻濺鍍
外文關鍵詞:CIGS solar cellsmetal back electrodeDC sputteringRF sputtering
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:240
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
背電極是太陽能電池中影響吸收層的關鍵因素,需要有好的附著性、低片電阻、及高的光反射率以提高太陽能電池的效率。由於鉬金屬薄膜擁有良好的光反射率、電阻率低、對製程溫度相對穩定、與CIGS薄膜間有良好的歐姆接觸特性,因此常被選為CIS 及CIGS太陽能電池的背電極。
由於鉬的薄膜特性受到濺鍍製程參數影響,因此本研究針對鉬金屬靶材的濺鍍製程及薄膜特性最佳化進行研究,以外購之商用鉬靶材,在基板不加熱的狀態下,比較DC與RF兩種不同的濺鍍方式對薄膜特性的影響。其中,以DC濺鍍鉬背電極薄膜之最佳製程參數為:氬氣流量30 sccm,第一層濺鍍功率30 W、工作壓力12 mTorr、濺鍍10 min;接著第二層濺鍍功率50 W、工作壓力4.5 mTorr、濺鍍15 min,所生成的薄膜附著性均通過Scotch 膠帶測試 (tape test),而其電阻率與反射率亦為最佳。RF濺鍍的最佳濺鍍參數則為:濺鍍功率100 W、氬氣流量30 sccm、第一層工作壓力12 mTorr、濺鍍5分鐘,接著再以工作壓力2 mTorr,濺鍍20分鐘鍍製第二層,可以獲得比DC濺鍍製程更佳的電阻率與反射率。


Back electrode in solar cells requires good adhesion with the absorption layer, low sheet resistance, and high reflectivity to improve the cell efficiency. Molybdenum metal thin film is often selected as the back electrode in CIS and CIGS solar cells due to its good reflectivity, low resistivity, stable process temperature, and good ohmic contact with the CIGS film.
In this study, the optimized sputtering process parameters of molybdenum metal targets and film characteristics are investigated. Sputtering processes by both direct current (DC) and radio frequency (RF) powers are tested. The optimal DC sputtering parameters of molybdenum back electrode are 30 sccm of argon flow, 30W of sputtering power, 12 mTorr of working pressure, followed by the second layer sputtered using 50 W power, 4.5 mTorr working pressure, and sputtering for 15 min. Such double layer thin film passes the Scotch tape test successfully and bear the low resistivity and high reflectivity. For RF sputtering, the optimized sputtering parameters are 100 W of sputtering power, 30 sccm of argon flow, 12 mTorr of working pressure, and 5 min of sputtering time for the first layer. The second layer is then using 2 mTorr working pressure and sputtering for 20 minutes to obtain the optimized resistivity and reflectivity. It is observed that the RF process deposited films demonstrates better properties than DC sputtering.

目錄
摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iv
目錄 v
圖目錄 ix
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的與動機 1
1.3 研究進行方式 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 太陽能電池 4
2.1.1 已量產薄膜太陽能電池的種類 4
2.1.2 CIGS薄膜太陽能電池簡介 5
2.1.3 CIGS薄膜太陽能電池元件結構與發電原理 6
2.2 濺鍍 7
2.2.1 濺鍍基本原理 8
2.2.2 真空(Vacuum)的定義 8
2.2.3 輝光放電 (Glow discharge) 9
2.2.4 電漿與產生電漿的方式 11
2.3 濺鍍的種類 11
2.3.1 直流濺鍍 12
2.3.2 射頻濺鍍 12
2.3.3 磁控濺鍍 13
2.3.4 反應性濺鍍 13
2.4 薄膜沈積機制 13
2.5 薄膜表面形態 14
2.6 金屬鉬背電極薄膜的鍍製 15
第三章 實驗方法與步驟 16
3.1 實驗材料 16
3.2 實驗步驟 17
3.3 實驗設備 17
3.3.1 濺鍍系統 17
3.3.2 磁控濺鍍系統介紹 18
3.3.3 基材準備 21
3.3.3.1 基材種類 21
3.3.3.2 基材清洗 21
3.3.4 薄膜製備 22
3.4 鉬薄膜性質量測 23
3.4.1 SEM薄膜厚度量測 23
3.4.2 表面形貌分析 23
3.4.3 XRD晶體結構分析 24
3.4.4 表面粗糙度分析 24
3.4.5 電性量測 24
3.4.6 光學性質分析 25
3.4.7 薄膜附著性分析 25
3.4.8 表面成分與氧化物分析 26
第四章 結果與討論 27
4.1 濺鍍參數對薄膜沈積厚度與沈積速率之影響 27
4.1.1 濺鍍功率對薄膜沈積厚度與沈積速率的影響 29
4.1.2 氬氣流量對薄膜沈積厚度與沈積速率之影響 30
4.1.3 濺鍍時間對薄膜沈積厚度與沈積速率之影響 32
4.2 直流濺鍍機電漿點燃之條件 33
4.3 薄膜電阻率 34
4.3.1 濺鍍功率對電阻率之影響 34
4.3.2 氬氣流量對電阻率之影響 35
4.3.3 工作壓力對電阻率之影響 37
4.3.4 濺鍍時間對電阻率之影響 43
4.4 二層濺鍍 44
4.4.1 二層濺鍍薄膜之電阻率 45
4.4.2 濺鍍參數對薄膜電阻率的影響 47
4.5 薄膜沈積厚度對電阻率之影響 48
4.6 薄膜沈積厚度及電阻率對反射率之影響 49
4.7 濺鍍背景壓力對薄膜電阻率之影響 52
4.8 SEM剖斷面與表面形貌分析 53
4.9 XRD晶體結構分析 57
4.9.1 氬氣流量50 sccm,不同濺鍍參數濺鍍薄膜之X-ray繞射 57
4.9.2 不同氬氣流量濺鍍薄膜之X-ray繞射 59
4.9.3 不同工作壓力濺鍍薄膜之X-ray繞射 62
4.9.4 X-ray繞射30°peek異常分析 63
4.9.5 不同濺鍍參數薄膜之主要繞射峰 63
4.10 薄膜附著性(Adhesion) 65
4.11 DC濺鍍之最佳濺鍍製程參數 66
4.12 RF磁控濺鍍 69
4.12.1 RF與DC濺鍍速率比較 69
4.12.2 RF與DC濺鍍之薄膜特性比較 70
4.12.3 RF濺鍍最佳參數 72
第五章 結論 75
參考文獻 76



參考文獻
[1]張品全,「太陽電池」,科學發展,第349期,2002,第22-28頁。
[2]M. Jubaultn, L.Ribeaucourt, E.Chassaing, G.Renou, D.Lincot, F.Donsanti, "Optimization of molybdenum thin films for electrodeposited CIGS solar cells," Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol. 95 , 2011 , pp. 26–31.
[3]Ju-Heon Yoon, Sunghun Cho, Won Mok Kim, Jong-Keuk Park, Young-Joon Baik, Taek Sung Lee, Tae-Yeon Seong, Jeung-hyun Jeong, "Optical analysis of the microstructure of a Mo back contact for Cu(In,Ga)Se2 solar cells and its effects on Mo film properties and Na diffusivity," Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol. 95 , iss. 11 , 2011 , pp. 2959–2964.
[4]T. Wada, N. Kohara, S. Nishiwaki, T. Negami, "Characterization of the Cu(In,Ga)Se2/Mo interface in CIGS solar cells," Thin Solid Films, Vol. 387 , 2001 , pp. 118-122.
[5]K. Orgassa, H.W. Schock, J.H. Werner, "Alternative back contact materials for thin film Cu(In,Ga)Se2 solar cells," Thin Solid Films, Vol. 431 –432 , 2003 , pp. 387–391.
[6]P M P Salom, J Malaquias, P A Fernandes and A F da Cunha, "Mo bilayer for thin film photovoltaics revisited," J. Phys. D: Appl. Phys. Vol. 43 , no. 34 , 2010 , pp. 345501-345507.
[7]H Khatri and S Marsillac, "The effect of deposition parameters on radiofrequency sputtered molybdenum thin films," J. Phys.: Condens. Matter Vol. 20 , no.5 , 2008 , pp. 055206-055210.
[8]Ch.Dicov, M.Marinov, H.Maciel, K.Grigorov, I.Nedkov, G.Beshkov, "Properties of Cr and Mo Thin Films Deposited By RF Sputtering," Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 7, no. 1 , 2005 , pp. 385-387.
[9]John H. Scofield, A. Duda, D. Albin, B.L. Ballard, P.K. Predeckibi, "Sputtered molybdenum bilayer back contact for copper indium diselenide-based polycrystalline thin-film solar cells," Thin Solid Films,Vol. 260 , 1995 , pp. 26-31.
[10]Zhao-Hui Li, Eou-Sik Cho, Sang Jik Kwon, "Molybdenum thin film deposited by in-line DC magnetron sputtering as a back contact for Cu(In,Ga)Se2 solar cells," Applied Surface Science, Vol. 257, iss. 22 , 2011 , pp. 9682–9688.
[11]G. Gordillo, F. Mesa, and C.Calderon, "Electrical and Morphological Properties of Low Resistivity Mo thin Films Prepared by Magnetron Sputtering,",Brazilian Journal of Physics, vol. 36, no. 3B, 2006 , pp. 982-985.
[12]蔡進譯,「超高效率太陽電池-從愛因斯坦的光電效應談起」,物理雙月刊,第廿七卷,第五期,2005,第701-719頁。
[13]鄭淑娟,「薄膜太陽能電池技術、製程與產品特性分析」,台北,資策會,2009。
[14]粘群、黏金重,「薄膜太陽能電池研究進展簡介」,陽光綠地,第4期,2009。
[15]謝雨奇,以In2Se3為緩衝層之CIGS太陽電池之研究,碩士論文,國立中央大學,中壢市,2010。
[16]羅吉宗,薄膜科技與應用(修訂版),全華圖書公司,2005,第2-11–2-26頁。
[17]Kunio Okimura, Naohiro Maeda, and Akira Shibata, "Characteristics of rutile TiO2 films prepared by r. f. magnetron sputtering at a low temperature," Thin Solid Films,Vol. 281 , 1996 , pp. 427–430.
[18]J.A.Thornton, "Influence of Apparatus Geometry and Deposition conditions on the Structure and Topography of Thick Sputtered Coatings," J. Vac. Sci. Technol, Vol. 11 , iss. 4 , 1974, pp. 666-670.
[19]Milton Ohring, The materials Science of Thin Films, California, Acadimic Press, 1991, pp.223~234..
[20]Guillaume Zoppi.Neil S. Beattie.Jonathan D. Major.Robert W. Miles.Ian Forbes,"Electrical, morphological and structural properties of RF magnetron sputtered Mo thin films for application in thin film photovoltaic solar cells," J Mater Sci, Vol. 46 , 2011 , pp. 4913–4921.
[21]John H. Scofield, A. Duda, D. Albin, B.L. Ballard, P.K. Predecki,"Sputtered molybdenum bilayer back contact for copper indium diselenide-based polycrystalline thin-film solar cells," Thin Solid Films, Vol. 260 , 1995 , pp. 26-31.
[22]K. L. MITTAL,"ADHESION MEASUREMENT OF THIN FILMS," Electrocomponent Science and Technology , Vol. 3, 1976 , pp. 21-42.


連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top