跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.210.85.190) 您好!臺灣時間:2022/11/30 02:33
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:王信徨
研究生(外文):WANG,SHIN-HUANG
論文名稱:以電鍍法製備銅鋅錫薄膜經硫化合成銅鋅錫硫(CZTS)太陽能電池材料
論文名稱(外文):Preparation of Cu2ZnSnS4 (CZTS) solar cell material by electroplating CuZnSn films treated with post sulfurization
指導教授:葉旻彥葉旻彥引用關係
指導教授(外文):Min-Yen Yeh
口試委員:武東星楊奇達雷伯薰葉旻彥
口試委員(外文):Dong-Sing WuuChi-Da YangPo-Hsun LeiMin-Yen Yeh
口試日期:2014-07-17
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄海洋科技大學
系所名稱:微電子工程研究所
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:76
中文關鍵詞:銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4)化合物太陽能電池電鍍法硫蒸氣
外文關鍵詞:copper zinc tin sulfide (Cu2ZnSnS4) compoundsolar cellselectro-platingsulfur vapor
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:287
  • 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
過往百年來,全球溫度上升的速度超過原本的2 - 3倍之多,綠能環保儼然已是國內外最受矚目的永續議題,然而在兼顧環保與降低供應鏈能源成本下,太陽能是一個重要、不可或缺的綠色能源,因此本研究將主要探討銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4)薄膜太陽能電池。
Cu2ZnSnS4(CZTS)是一種半導體材料豐富,由於低成本的非有毒性元素組成,由於鋅與錫(Zn,Sn)在地球上含量較多,其能隙值適合於薄膜太陽能電池吸收層之使用等優點之材料,以作為無毒害符合環保且低成本薄膜太陽能電池之探討。
本論文主要是利用電鍍法製備 CuZnSn 之薄膜再經硫蒸氣法硫化合成Cu2ZnSnS4薄膜太陽能電池,電鍍法具有低成本製作高品質薄膜、可控制沉積效率、控制材料組成、不需在真空狀態下製備、可製作大面積薄膜等優勢,硫蒸氣法具有簡易、可行、不需真空系統的硫蒸氣法來合成符合化學組成比之高品質 Cu2ZnSnS4太陽能電池奈米材料,在以不同製程條件,分析 Cu2ZnSnS4 薄膜之結構特性,探討不同工作電流及工作時間條件下去製備CuZnSn之薄膜,之後去進行硫化合成 Cu2ZnSnS4 薄膜特性之影響,經由實驗結果得知薄膜隨著增加硫化時間對於薄膜的繞射峰呈現更好的結晶特性,選擇以工作電流 4mA 搭配工作時間60分鐘於室溫下製備,再以 400°C 作硫化處理 60 分鐘後的 Cu2ZnSnS4 薄膜繞射峰較佳。

For the past hundred years, temperatures all over world have been steadily rising faster by 2 – 3-fold. Because of these rapid climatic changes, green energy seems to be the most popular solution to domestic and sustainability issues. However, other issues arise such as environmental protection and costs of energy. When we take all of these variables into account, it appears that solar energy shows potential as an integral part of green energy, and so this study focuses on copper zinc tin sulfide (Cu2ZnSnS4).
Cu2ZnSnS4 (CZTS) is a kind of semiconductor material that is low-cost, non-toxic and comprises of two widely available elements - zinc and tin (Zn, Sn). Furthermore, the band gap of the thin film solar cell is very suitable for use in the absorbed layer of the solar cell, thus, allowing for another option in non-toxic, environmentally-friendly and low-cost thin-film solar cell production.
In this study, CZTS is prepared by either of two methods, the first being electroplating CuZnSn followed by sulfurizing synthesis using sulfur vapor in order to form Cu2ZnSnS4 thin film solar cells. By using this method, production of high-quality thin films can be obtained at a low cost with added control in deposition efficiency and material composition. In addition, the preparation method can produce larger films without the need for a vacuum state. Moreover, the sulfur vapor sulfurization method is both simple and feasible. This method does not require a sulfur vapor vacuum system, produces high quality films and its chemical composition matches the structural characteristics of Cu2ZnSnS4. CZTS can thus be formed through the above methods. When using the electroplating method, we varied the working conditions, times and currents for depositing the CuZnSn thin film and compared the results. We found that by increasing the sulfurization time, we were able to form better crystal diffraction peaks. In the end, good crystallinity of Cu2ZnSnS4 was obtained as electroplated using an operating current of 4mA for 60 minutes and then treated with sulfurization at 400 ℃ for 60 min.

目錄
中文摘要………………………………………………………………I
英文摘要………………………………………………………………II
誌謝……………………………………………………………..………III
目錄……………………………………………………………..………IV
表目錄……………………………………………………………..……V
圖目錄………………………………………………………………..…VI
第一章 緒論……………………………………………………………1
1.1 前言……………………………………………………………1
1.2 研究動機與……………………………………………………1
第二章 文獻回顧與原理………………………………………………2
2.1 太陽能電池的起源………………………………………… 3
2.2 太陽能電池原理………………………………………………4
2.3 太陽能電池種類………………………………………………5
2.4 太陽能產業對國內之重要性…………………………………7
2.5 太陽能電池應用及因應防止汙染……………………………8
2.6 Cu2ZnSnS4薄膜太陽能電池簡介……………………………9
2.7 Cu2ZnSnS4 薄膜太陽能電池製備方法介紹………………………11
2.8電鍍法 ………………………………………………………...……13
2.8.1 電鍍法簡介與原理……………………………………………..13
2.8.2 電鍍法製備薄膜方式…………………………………...….…..13
2.9 硫蒸氣法………………………………………………………….14
第三章 實驗方法與步驟……………………………………………..15
3.1 實驗所使用的藥品及儀器…………………………………….....15
3.1.1 使用儀器設備…………………………………………………..15
3.1.2 藥品器材………………………………………………………..15
3.2 Cu2ZnSnS4薄膜製備……………………………………………...16
3.3 各層薄膜實驗步驟及製備方法……………………….…...…......17
3.3.1 玻璃基板清洗流程....……………………………….……..........17
3.3.2 鉬(Mo)金屬薄膜製備與過程……………………….…….....…18
3.3.3 銅鋅錫(CuZnSn)薄膜製成步驟……………………………..…20
3.3.4 Cu2ZnSnS4薄膜硫化合成製程步驟………………………….....21
3.5 薄膜特性分析方法及儀器……………………………………….22
3.5.1 X-ray繞射分析………………………………………………...23
3.5.2 薄膜表面微結構分析…………………………………………..23
3.5.3 表面粗度儀( (α-STEP)厚度量測分析…………………………23
3.5.4 薄膜光學特性量測分析………………………………………..23
第四章 結果與討論…………………………………………………..26

4.1 定電流3mA電鍍經硫化合成Cu2ZnSnS4薄膜之探討…………26
4.1.1電鍍時間:30分鐘……………………………………….…………26
4.1.2電鍍時間:60分鐘…………………………………….……………30
4.1.3電鍍時間:90分鐘………………………….………………………34
4.2 定電流4mA電鍍經硫化合成Cu2ZnSnS4薄膜之探討…………38
4.2.1電鍍時間:30分鐘………………………………….………………38
4.2.2電鍍時間:60分鐘……………………………….…………………42
4.2.3電鍍時間:90分鐘………………………….………………………46
4.3 定電流5mA電鍍經硫化合成Cu2ZnSnS4薄膜之探討………..…50
4.3.1電鍍時間:30分鐘…………………………………….……………50
4.3.2電鍍時間:60分鐘……………………………….…………………54
4.3.3電鍍時間:90分鐘……………………………………….…………58
第五章 結論……………………………………………………………72
參考文獻………………………………………………………………73

[1]T.K. Todorov, J. Tang, S.Bag, O. Gunawan, T. Gokmen, Y.Z, David, B.Mitzi.Adv.Energy Mater.3(2013)34.
[2]S.S. Mali, B.M. Patil, C.A. Betty, P.N. Bhosale, Y.W. Oh, S.R. Jadkar, R.S. Devan, Y.R. Ma, P.S. Patil,Electrochimica Acta 66(2012)216.
[3]施敏著,黃調元譯,半導體元件物理與製作技術,國立交通大學出版社(2010)
[4]黃惠良,蕭錫鍊,周明奇,林堅楊,江雨龍,曾百亨,李威儀,李世昌,林唯芳,太陽電池Solar Cells, 五南圖書出版公司(2008)
[5]黃于峰, 硫化製程對於Cu2ZnSnS4太陽電池吸收層特性之研究, 國立高雄海洋科技大學微電子工程研究所, 碩士論文(2010).
[6]王瀞儀, 以電鍍法沉積銅鋅錫硫(CZTS)太陽能電池材料之探討, 國立高雄海洋科技大學微電子工程研究所, 碩士論文(2012).
[7]廖裕正, 以定電流電鍍法製備銅鋅錫硫(CZTS)太陽能電池材料
國立高雄海洋科技大學微電子工程研究所, 碩士論文(2013)
[8]K. Ito, T. Nakazawa. Jpn. J. Appl. Phys 27(1988)2094.
[9]J.S. Seol, S.Y. Lee, J.C. Lee, H.D. Nam, K.H. Kim. Solar Energy Materials & Solar Cell 75(2003)155.
[10]Y.B. Kishore Kumar, G. Suresh Babu, P. Uday Bhaskar, V. Sundara Raja,Solar Energy Mater. Solar Cells. 93(2009)1230.

[11]S.W. Shin, J.H. Han, C.Y. Park, A.V. Moholkar, J.Y. Lee, J.H. Kim,J.Alloys Compounds. 516 (2012) 96.
[12]H. Katagiri, K. Jimbo, S. Yamada, T. Kamimura, W.S. Maw, T.Fukaua, T. Ito, T. Motohiro Applied Physics Express 1 (2008)041201-1.
[13]S. Tajima, H. Katagiri, K. Jimbo, N. Sugimoto, T. Fukano, Applied Physics Express 5 (2012) 082302.
[14]A.V. Moholkar,, S.S. Shinde, G.L. Agawane, S.H. Jo, K.Y. Rajpure, P.S. Patil, C.H. Bhosale, J.H. Kim, Journal of Alloys and Compounds 544 (2012)145.
[15]M. Patel, I. Mukhopadhyay, A. Ray,Semicond. Sci. Technol. 28(2013)055001.
[16]K. Tanaka, Y. Fukui, N. Moritake, H. Uchiki,Solar Energy Materials & Solar Cells 95(2011)838.
[17]G.Ma, T.Minegishi, D. Yokoyama, J. Kubota, K. Domen “ Photoel- ectrochemical hydrogen production on Cu2ZnSnS4/Mo-mesh thin - film electrodes prepared by electroplating ” Chemical Physics Letters 501 (2011) 619–622.
[18] S.M. Pawara,∗, B.S. Pawara,b, A.V. Moholkara, D.S. Choia, J.H. Yu- nc ,J.H. Moona, S.S. Kolekarb, J.H. Kima” Single step electrosynthe- sis of Cu2ZnSnS4 (CZTS) thin films for solar cell application” Electr- ochimica Acta 55 (2010) 4057–4061.
[19] S.S. Dhasade a,*, J.S. Patil b, J.H. Kim c, S.H. Han d, M.C. Rath e, V.J. Fulari f “ Synthesis of CuS nanorods grown at room temperature by electr- odeposition method ” Materials Chemistry and Physics 137 (2012) 353-358.
[20] M. Jeona*, Y. Tanakab, T. Shimizub, S. Shingubarab “Formation and characterization of single-step electrodeposited Cu2ZnSnS4 thin films Effect of complexing agent volume ” Energy Procedia 10 (2011) 255 – 260.

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top