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研究生:劉暐丞
研究生(外文):Liu, Wei-Cheng
論文名稱:飛秒雷射退火非真空製程銅銦鎵硒薄膜之定性分析研究
論文名稱(外文):The characterizations of CIGS non-vacuum thin films annealed by femtosecond laser
指導教授:吳光雄吳光雄引用關係
指導教授(外文):Wu, Kaung-Hsiung
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:電子物理系所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
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:薄膜太陽能電池銅銦鎵硒雷射退火
外文關鍵詞:thin film solar cellCIGSlaser annealing
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我們利用飛秒脈衝雷射退火銅銦鎵硒非真空製程薄膜,並藉由調控雷射密度與時間來探討兩項參數對於薄膜退火的影響。利用X光繞射儀判斷薄膜的晶格品質及結構,發現退火後特徵軸向都有比較好的結晶情況,並且往高角度偏移;拉曼光譜探測薄膜是否有雜相的生成,以及A1 震盪行為的增強與往高頻偏移;能量散佈分析儀成份分析搭配拉曼光譜探討薄膜組成的變化,可以知道XRD的偏移與拉曼的偏移都與鎵的增加有關。在光學性質方面,利用低溫光激發螢光光譜量測薄膜施子能階與受子能階間的能量差,發現波長有紅移的現象,這個現象與退火後施子濃度的下降有關。最後利用光激發-探測的技術探討載子的生命時間長短,再用數學擬合方法討論薄膜的載子動力學。而在電性量測則是探討最後做成元件的電流-電壓曲線圖,計算出填充因素與轉換效率都有提高的現象,其中轉換效率提升2%。
We annealed flexible copper indium gallium selenide film manufactured in non- cacuum by femtosecond laser. We modulated laser irradiate time and laser fluence for investigating the effect by laser annealing. The XRD determines the quality and structure of the film. Peaks (112) and (220) have shorter full-width-half-maximum (FWHM) and shifts toward high angle.The Raman spectroscopy(RS) observes whether there are miscellaneous film phase formation. The A1 mode was got enhancement and shifted toward higher Raman shift. The film composition change has been studied by Energy-Dispersive-Spectroscopy (EDS) and RS. These shifts in XRD and RS are relatived to increasing of Ga. Further, the energy difference between donor-stat and acceptor-state has been investigated by Photoluminenscence (PL). We could find the wavelength of annealed film was longer when donor-state density decreasing after aeeealed. Finally, our team utilized pump-probe spectroscopy to study the carrier dynamics. The dynamical carrier behavior in thinfilms was analysis by mathematical fitting method. In the electrical properties, we measure the I-V curve of our devices, and calculate the fill factor (FF) and conversion efficiency (η) are getting higher number, increasing 10% and 2% respectively.
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1太陽能電池的分類與原理 1
1.2銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的介紹 3
1.2.1銅銦鎵硒薄膜結構介紹 3
1.2.2 銅銦鎵硒薄膜太陽能電池元件結構 3
1.3 超快雷射退火的介紹 6
1.3.1 雷射退火的優點 6
1.3.2 超快雷射退火的優點 6
1.4 研究動機 8
第二章 樣品材料特性量測儀器簡介 9
2.1 印刷技術介紹 9
2.2 X光繞射儀原理 10
2.3掃描式電子顯微鏡與能量散佈分析儀原理 12
2.4 拉曼光譜原理 15
2.5 光激發螢光光譜原理 17
2.6 電流-電壓特性曲線原理 18
第三章 激發-探測實驗系統 19
3.1 超快激發探測量測原理 19
3.2 時間解析激發-探測實驗系統架構 22
3.3 半導體之載子動力學 25
3.2.1 半導體之複合機制 25
3.2.2 激發載子效應 27
第四章 結果與討論 29
4.1雷射功率對於銅銦鎵硒薄膜退火之探討 29
4.1.1以掃描式電子顯微鏡(SEM)分析薄膜表面 29
4.1.2從X光繞射儀(XRD)討論薄膜晶格 30
4.1.3從拉曼光譜分析(Raman measurment)薄膜特性 37
4.1.4從能量散佈分析儀(EDS)分析探討薄膜成分 40
4.2雷射照射時間對於薄膜退火之探討 41
4.2.1從X光繞射儀(XRD)討論薄膜晶格 41
4.2.2從拉曼光譜分析(Raman measurment)薄膜特性 45
4.2.3從能量散佈分析儀(EDS)分析探討薄膜成分 47
4.3 光激發-光探測系統實驗結果分析 48
4.3.1數學結果擬合與分析 49
4.4 光激發螢光光譜量測結果與分析 55
4.5 電流電壓特性曲線量測結果與分析 58
第五章 總結與未來展望 60

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