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研究生:閻克敏
研究生(外文):Ko-Min Yen
論文名稱:大氣電漿化學氣相沉積鍍製大面積粗糙化氧化矽薄膜
論文名稱(外文):Large Area and Textured SiOx Films Produced by Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition
指導教授:張慎周
指導教授(外文):Shang-Chou Chang
口試委員:林天財蕭育仁
口試委員(外文):Tien-Chai LinYu-Jen Hsiao
口試日期:2014-07-04
學位類別:碩士
校院名稱:崑山科技大學
系所名稱:電機工程研究所
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:63
中文關鍵詞:大氣電漿輔助鍍膜大面積鍍膜HMDSO
外文關鍵詞:atmospheric pressure chemical vapor depositionlarge-areaHMDSO
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目前太陽電池所用透明導電玻璃(Transparent Conductive Oxide Glass, TCO Glass)之粗糙化製程技術有二:日本於真空下以化學氣相沈積技術(Chemical Vapor Deposition, CVD)於製程溫度約450~600℃左右沉積粗糙化透明導電膜,而國內主要利用真空濺鍍技術(Sputtering , PVD)濺鍍上一層厚透明導電膜,再用酸液浸泡蝕刻透明導電膜使其表面形成粗糙化結構。上述等製程其成本高、均勻性不易控制,因此本研究乃利用常壓大氣電漿鍍膜技術直接進行大面積低成本之多孔性SiOx鍍膜,隨即濺鍍之透明導電膜即形成粗糙化表面。
本研究應用於玻璃尺寸1100mm x 1400mm之大面積大氣電漿輔助鍍膜,以脈衝直流電源及潔淨乾燥空氣來產生電漿並以氬為載流氣體,使前驅物六甲基二矽氧烷(Hexamethyldisiloxane, HMDSO)作為沉積氧化矽薄膜的材料,在載台移動速度、主氣體流量、載氣流量、基板溫度等參數變化下探討其對沉積SiOx 薄膜厚度及霧度的影響,進而鍍上透明導電薄膜後表面即有良好粗糙化,不再需要經過後製程處理。相較於高溫的真空化學氣相沉積及高污染的蝕刻製程,此技術的競爭優勢為快速、節能且環保。
最後將此技術製作之粗糙化透明導電玻璃基板製成太陽能電池元件,驗證其光電轉換效率提升效果。

Two methods for producing textured morphology are a. textured films of transparent conductive oxide grown by low-pressure chemical vapor deposition; b. flat films of transparent conductive oxide grown by sputtering and then textured films by wet etching. High cost and difficulty in uniformity control are the drawbacks for the above techniques. This work applied an atmospheric pressure chemical vapor deposition to deposit large-area and textured SiOx films. The films of transparent conductive oxide were following-sputtered on the textured SiOx films.
This work applied a glass with 1100X1400 mm2 in dimension as the substrate to deposit textured SiOx films. Factors like substrate-moving speed, process gas flow, carrier gas flow and substrate temperature in atmospheric pressure chemical vapor deposition were studied. The films’ uniformity and haze of SiOx films were two properties to be evaluated.
總目錄
頁數
中文摘要 ………………………………………………… i
英文摘要 ………………………………………………… iii
致謝 ……………………………………………………… v
總目錄 …………………………………………………… vi
圖目錄 …………………………………………………… ix
表目錄 …………………………………………………… xi
第一章 前言 …………………………………………… 1
1.1 研究動機與背景 …………………………… 1
1.2 文獻回顧 …………………………………… 5
1.3 論文架構 …………………………………… 7
第二章 相關原理………………………………………… 9
2.1 電漿種類……………………………………… 9
2.2 大氣電漿……………………………………… 11
2.3 大氣電漿鍍膜機台介紹……………………… 15
2.3.1 機台關鍵系統………………………………… 15
2.3.2 電漿噴嘴及集塵系統………………………… 18
2.3.3 前驅物供應器………………………………… 19
2.4 機台動作……………………………………… 22
第三章 實驗步驟與分析儀器…………………………… 24
3.1 實驗流程……………………………………… 24
3.2 實驗特性分析儀器…………………………… 25
3.2.1 橢偏儀………………………………………… 25
3.2.2 光譜儀………………………………………… 26
3.2.3 膜厚計 ………………………………………… 29
3.2.4 四點探針 ……………………………………… 30
3.2.5 日光模擬光源………………………………… 32
第四章 結果與討論 …………………………………… 34
4.1 各項參數對SiOx膜厚與霧度之關係…………………34
4.1.1 SiOx膜厚與霧度關係 …………………………… 34
4.1.2 載台移動速度對SiOx膜厚與霧度關係……………36
4.1.3 主氣體流量對SiOx膜厚與霧度關係…………… 38
4.1.4 載氣流量對SiOx膜厚與霧度關係……………… 39
4.1.5 基板溫度對SiOx膜厚與霧度關係……………… 40
4.2 鍍膜材質XPS分析 ………………………………… 43
4.3 表面粗糙度(Rmax)………………………………………44
4.4 SiOx+AZO 膜厚均勻性 ………………………………49
4.5 片電阻驗證 ……………………………………………50
4.6 最佳化粗化 SiOx 元件測試 ……………………… 51
第五章 結論………………………………………………… 59
5.1 參數的影響…………………………………………… 59
5.2 未來展望…………………………………………… 60
參考文獻………………………………………………………61

圖目錄
圖1.1 太陽電池使用TCO玻璃的位置與其表面形態的效果…3
圖1.2 製程技術示意圖 ………………………………………4
圖1.3 論文架構 …………………………………………… 8
圖2.1 大氣電漿源種類……………………………………… 13
圖 2.2 真空電漿輔助化學氣相沉積示意圖……………… 15
圖 2.3 SiOx成膜示意圖…………………………………… 16
圖2.4大氣電漿鍍膜機台………………………………………17
圖 2.5 電漿噴嘴及集塵系統…………………………………18
圖2.6 電漿噴嘴及集塵系統實照…………………………… 19
圖2.7 前驅物供應器……………………………………………21
圖2.8 前驅物供應示意圖………………………………………21
圖 2.9 機構上X Y的移動,使點電漿源擴展成面薄膜…… 22
圖 2.10 X Y移動路線…………………………………………22
圖3.1 實驗流程示意圖…………………………………………24
圖 3.2橢偏儀……………………………………………………25
圖3.3光譜儀…………………………………………………… 26
圖3.4 光譜儀-積分球原理……………………………………28
圖3.5膜厚計Alpha-Step…………………………………………29
圖3.6四點探針………………………………………………… 30
圖3.7日光模擬分析儀……………………………………………32
圖4.1 SiOx膜厚分佈……………………………………………35
圖4.2 載台移動速度與膜厚關係……………………………… 37
圖4.3 主氣體流量與膜厚關係………………………………… 39
圖4.4 載氣流量與膜厚關係…………………………………… 40
圖4.5 基板溫度與膜厚關係…………………………………… 42
圖 4.6 XPS 分析圖………………………………………………44
圖 4.7 AFM 分析圖………………………………………………45
圖 4.8 SiOx SEM 分析圖………………………………………48
圖 4.9 SiOx + AZO 膜厚量測13點示意圖………………… 50
圖 4.10 SiOx + AZO 膜厚均勻性………………………………50
圖 4.11 SiOx + AZO 片電阻均勻性……………………………51
圖 4.12陰影效應範例顆粒下方鍍膜不連續………………………53
圖 4.13 SEM 10k倍率,霧度表面差異………………………… 54
圖 4.14製作太陽能元件基本結構…………………………………55
圖 4.15 不同霧度對效率影響 (J-V Curve)………………………56
圖 4.16 不同基板對效率影響 (J-V Curve)………………………58

表目錄
表2.1低壓電漿和不同種類大氣電漿之比較表…………………… 14
表4.1基本參數……………………………………………………… 35
表4.2 改變載台移動速度……………………………………………37
表4.3 改變主氣體流量………………………………………………38
表4.4 改變載氣流量…………………………………………………40
表4.5 改變基板溫度…………………………………………………41
表4.6 AFM 分析結果…………………………………………………46
表4.7 編號1~4 SiOx+AZO厚度與霧度………………………… 46
表4.8 AZO濺鍍參數………………………………………………… 49
表4.9 不同霧度對效率的影響……………………………………… 55
表4.10 不同基板對效率影響……………………………………… 57

1.陳俊宏、丁鯤,“以大氣電漿沉積SiOx薄膜最佳化製程研究”,碩士學位論文,龍華科技大學工程技術研究所,第1、9頁,2011.
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