臺灣博碩士論文加值系統

本研究共分為三階段進行探討。第一階段以直流磁控濺鍍系統(DC Magnetron Sputtering System)製備CIG前驅物薄膜，先以改變濺鍍功率50W、60W以及70W來探討前驅物薄膜在各製程參數下之表面形貌來確定出其製程的最佳化。第二階段則是以CIGS硒化系統進行硒化製程，製程中將改變硒化的工作壓力(0.18MPa、0.12MPa、0.06MPa、0MPa、-0.04MPa以及-0.1 MPa)，探討參數改變對CIGS薄膜吸收層結構之影響。
第三階段使用化學水浴沉積法(Chemical Bath Deposition，CBD)來製備CIGS之緩衝層ZnS，藉由控制藥品的莫耳數比，製備出緻密且透光性佳之ZnS薄膜。分別藉由場發射掃描式電子顯微鏡等儀器來觀察表面形貌，藉以了解此ZnS的基本特性。

A The study is divided into three phases are discussed.The first stage CIG precursor film was prepared by DC magnetron sputtering system, changing the sputtering power 50W, 60W, and 70W to explore the precursor film in various process parameters determine the surface topography optimization of its processes. The second stage is based on CIGS selenium selenium system processes, process will change selenide working pressure (0.18MPa, 0.12MPa, 0.06MPa, 0MPa,-0.04MPa and -0.1 MPa), explore the parameter changes on CIGS the impact absorbing layer film structure.
The third phase of the use of chemical bath deposition method to prepare a ZnS buffer layer, by controlling the molar ratio of medicines to prepare a dense and light resistance of ZnS films.Respectively by field emission scanning electron microscope and other equipment to observe the surface morphology, in order to understand the basic characteristics of this ZnS.

目錄
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 太陽能電池之歷史與發展 2
第二章 理論基礎 5
2.1 硒化銅銦鎵太陽能電池基本原理 5
2.2硒化銅銦鎵太陽能電池各層薄膜特性 8
2.2.1鈉玻璃(Soda-lime)基板 8
2.2.2鉬金屬(Mo)背電極 8
2.2.3硒化銅銦鎵(CuInGaSe2)吸收層 8
2.2.4硫化鎘(CdS)緩衝層 9
2.2.5本質氧化鋅層(intrinsic ZnO，通常稱之為i-ZnO) 9
2.2.6重摻雜氧化鋅層(稱之為ZnO:Al層) 9
2.3硫化鋅基本性質 10
2.4CIS/CIGS吸收層特性 11
2.5化學水浴沉積法 13
2.6化學水浴沉積法生長硫化鋅薄膜 15
2.7硫化鋅薄膜化學反應機制 15
2.8濺鍍理論 16
2.9薄膜沉積機制 18
2.10硒化法(selenization) 25
第三章 實驗分析儀器 27
3.1掃描式電子顯微鏡(FESEM) 27
3.2 α-step 28
3.3 X-ray繞射儀 28
3.4霍爾量測儀(Hall-measurement) 30
第四章U U實驗流程 33
第五章U U結果與討論 38
5.1CIG前驅層成分分析 38
5.2 CIGS薄膜形貌與結構分析 41
5.3 使用X光繞射儀鑑定薄膜之晶體結構 49
5.4 霍爾量測儀量測CIGS吸收層薄膜各項電學性質 50
5.5 硫化鋅薄膜形貌分析 51
5.6 CIGS太陽能電池製備 58
第六章 結論 61
參考文獻： 62

圖目錄
圖1.1 各種太陽能電池效率發展圖 4
圖2.1 各種半導體於不同波長下之光吸收係數 6
圖2.2 吸收層薄化與轉換效率之關係圖-資料來源NRELU 6
圖2. 3 CIGS太陽能電池元件結構示意圖 7
圖2.4 (a)硫化鋅為閃鋅礦結構(b)硫化鋅為纖鋅礦結構。 10
圖2.5 濺鍍原理示意圖 17
圖2. 6 薄膜沉積機制 19
圖2.7 異質孕核表面能平衡圖 21
圖2.8 薄膜成長機制 21
圖2.9 不同溫度、氣壓下濺鍍薄膜的結構 25
圖3.1 掃描式電子顯微鏡原理示意圖 27
圖3.2 α-step示意圖 28
圖3.3 晶體對X-射線繞射的關係 29
圖3.4 霍爾量測儀原理示意圖 30
圖4.1 硒化熱處理製程示意圖 33
圖4.2 硒化製程升溫曲線，升溫速率: 40℃/min，各階段持溫時間皆為5min 34
圖4.3 CIGS吸收層製程示意圖 35
圖4.4 本實驗基本流程圖 36
圖5.1 CIG前驅物薄膜在濺鍍功率50W下之表面形貌結構 39
圖5.2 CIG前驅物薄膜在濺鍍功率60W下之表面形貌結構 39
圖5.3 CIG前驅物薄膜在濺鍍功率70W下之表面形貌結構 40
圖5.4 CIG前驅物薄膜在濺鍍功率50W下之橫截面 40
圖5.5 硒化工作壓力0.18MPa條件下之CIGS橫截面 43
圖5.6 硒化工作壓力0.18MPa條件下之CIGS表面形貌 43
圖5.7 硒化工作壓力0.12MPa條件下之CIGS橫截面 44
圖5.8 硒化工作壓力0.12MPa條件下之CIGS表面形貌 44
圖5.9 硒化工作壓力0.06MPa條件下之CIGS橫截面 45
圖5.10 硒化工作壓力0.06MPa條件下之CIGS表面形貌 45
圖5.11 硒化工作壓力0MPa條件下之CIGS橫截面 46
圖5.12 硒化工作壓力0MPa條件下之CIGS表面形貌 46
圖5.13 硒化工作壓力-0.04MPa條件下之CIGS橫截面 47
圖5.14 硒化工作壓力-0.04MPa條件下之CIGS表面形貌 47
圖5.15 硒化工作壓力-0.1MPa條件下之CIGS橫截面 48
圖5.16 硒化工作壓力-0.1MPa條件下之CIGS表面形貌 48
圖5.17 各個壓力下之CIGS薄膜相態分析 49
圖5.18 不同氨水濃度ZnS沉積於CIGS薄膜之表面形貌(2.6M) 52
圖5.19 不同氨水濃度ZnS沉積於CIGS薄膜之表面形貌(3.2M) 52
圖5.20 不同氨水濃度ZnS沉積於CIGS薄膜之表面形貌(3.8M) 53
圖5. 21 不同氨水濃度ZnS沉積於CIGS薄膜之表面形貌(4.4M) 53
圖5.22 不同聯胺濃度ZnS沉積於CIGS薄膜之表面形貌(0M) 55
圖5.23 不同聯胺濃度ZnS沉積於CIGS薄膜之表面形貌(0.15M) 55
圖5.24 不同聯胺濃度ZnS沉積於CIGS薄膜之表面形貌(0.3M) 56
圖5.25 不同聯胺濃度ZnS沉積於CIGS薄膜之表面形貌(0.45M) 56
圖5.26 不同氨水濃度ZnS沉積於CIGS薄膜之膜厚 57
圖5.27 不同聯胺濃度ZnS沉積於CIGS薄膜之膜厚 58
圖5.28 不同硒化壓力下之CIGS太陽能電池量測I-V曲線圖 59
圖5.29 硒化壓力0.06MPa下CIGS太陽能電池元件剖面圖 60

表目錄
表4.1 各試片工作環境參數設定 35
表4.2 緩衝層材料 37
表4.3 實驗參數 37
表5.1 CIGS薄膜試片電性量測值 50
表5.2 不同硒化壓力下之CIGS太陽能電池轉換效率 59

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