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博碩士論文 etd-0719103-163333 詳細資訊
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論文名稱
Title
CuInSe2:Sb複晶薄膜太陽能電池之研究
Study on CuInSe2:Sb polycrystalline thin-films Solar Cells
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
90
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2003-06-23
繳交日期
Date of Submission
2003-07-19
關鍵字
Keywords
二硒化銅銦、薄膜太陽能電池、薄膜電池
Sb, Solar cell, CuInSe2
統計
Statistics
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中文摘要
摘 要

對於CuInSe2薄膜太陽能電池,薄膜材料本身的特性影響著電池元件的效率,藉由主吸收層材料品質的改善,有助於效率的提升。本實驗以Sb摻入Cu-rich CuInSe2薄膜,藉以改善表面粗糙度,也得到晶粒結構緻密的薄膜,同時也探討Sb對於CuInSe2薄膜電性之影響。實驗結果顯示Sb源瓶溫度在430℃∼450℃之間可以達到最佳的表面平整度,薄膜內Sb組成含量約為0.5 at%。Sb的摻入使CuInSe2(220)和(312)兩個結晶面的繞射峰強度明顯增加,不再維持如一般的CuInSe2薄膜有極強的(112)從優取向。電性測試結果顯示Sb確有P-type摻雜的效應會使薄膜電阻率略為降低,而且CuInSe2:Sb薄膜載子濃度約10E+18(cm-3)也高於CuInSe2薄膜的載子濃度約10E+17(cm-3)。

Abstract
none
目次 Table of Contents
目 錄
目錄. ....................................................Ⅰ
圖表目錄........ .........................................Ⅳ
第一章 緒論.... .......................................... 1
1.1 前言.... ......................................... 1
1.2 CuInSe2複晶薄膜性質............................... 2
1.3 CuInSe2:Sb複晶薄膜...................... ......... 4
1.4 研究目標..........................................5
第二章 實驗步驟與方法....................................7
2.1 CdS薄膜之成長...........................7
2.1.1 化學水域沈積法............................. 8
2.1.2 CdS薄膜反應機制.......................... 8
2.1.3 基板處理.............................. 9
2.1.4 薄膜鍍製過程.............................. 10
2.2 CuInSe2:Sb薄膜成長.............................. 10
2.2.1分子束蒸鍍系統............................. 10
2.2.2 CuInSe2:Sb薄膜成長........................ 12
2.2.3 CuInSe2和CuInSe2:Sb薄膜表面二次相處理..... 13
2.3 太陽能電池元件之製程............................ 14
2.4 薄膜分析方法.................................... 15
2.4.1 X-ray繞射儀............................. .. 15
2.4.2 吸收光譜儀.............................. 15
2.4.3 掃瞄式電子顯微鏡(SEM).................... 16
2.4.4 電子微探針分析儀(EPMA)....................16
2.4.5 反射光譜儀................................ 16
2.4.6 熱探針量測(Hot Probe)..................... 17
2.4.7 霍爾效應量測.............................. 17
2.4.8 半導體參數分析儀(I-V)..................... 17
第三章 實驗結果與討論....................................19
3.1 CdS薄膜.........................................19
3.1.1 CdS薄膜的光學特性.........................19
3.1.2 CdS薄膜的結晶性...........................20
3.1.3 CdS薄膜的表面形貌.........................21
3.2 CuInSe2:Sb薄膜成長與分析.........................22
3.2.1不同的Sb分子束流率對CuInSe2組成之影響.....22
3.2.2 摻入Sb對CuInSe2薄膜表面形貌與晶粒結構 之影響.....................................23
3.3 CuInSe2薄膜與CuInSe2:Sb薄膜性質之比較............24
3.3.1 Cu-rich薄膜中CuxSe二次相之分析.............25
3.3.2 Sb對CuInSe2薄膜電性與光性之影響............26
(一). 未經KCN處理前(含二次相)............26
(二). 經KCN處理後(不含二次相)............27
3.3.3 接近定比組成之CuInSe2薄膜與CuInSe2:Sb薄膜
性質之比較.................................28
3.4 CuInSe2:Sb薄膜太陽能電池元件......................29
3.4.1 Sb對CuInSe2雙層膜結構表面形貌之影響........29
3.4.2 CuInSe2:Sb薄膜太陽能電池之製作..............30
第四章 結論..............................................32
4.1 CdS薄膜..........................................32
4.2摻入Sb對CuInSe2:Sb薄膜之影響.....................32
參考文獻.................................................34






附表目錄
表1-1 CuInSe2之物裡性質................................. 37
表1-2 CuInSe2薄膜內部形成之點缺陷....................... 37表1-3 CdS2之物裡性質.................................... 38表3-1 氯化鎘鹽於不同NH4OH濃度之CdS實驗結果............ 39表3-2 硫酸鎘鹽於不同NH4OH濃度之CdS實驗結果............ 39表3-3 不同鎘鹽之CdS薄膜厚度............................ 40
表3-4不同溫度下,Sb之相對通量.......................... 41
表3-5 CuInSe2薄膜成長同時摻入不同通量Sb,薄膜成長條件,
成分相對含量,及電導形式........................... 41
表3-6 CuInSe2薄膜成長條件,成分相對含量及電性結果......... 42
表3-7 CuInSe2:Sb薄膜成長條件,成分相對含量及電性結果..... 43
表3-8 具定比線CuInSe2薄膜之成長狀況與組成............... 45
表3-9具定比線CuInSe2:Sb薄膜之成長狀況與組成............. 45
表3-10 CuInSe2太陽能電池(device-01)元件成長條件與性質.... 46




附圖目錄
圖1-1 CuInSe2及其他化合物半導體之吸收光譜............... 47
圖1-2 (a)黃銅礦結構(b)閃鋅礦結構...................... 47
圖1-3 CuInSe2擬二元(Cu2Se-In2Se3)相圖................... 48
圖1-4 (a)太陽能電池元件結構(b)Al金屬接點.............. 49
圖1-5 密閉系統之CBD實驗裝置........................... 50
圖1-6 開放系統之CBD實驗裝置........................... 50
圖2-1 分子束蒸鍍系統................................... 51圖3-1 不同氨水濃度CdS薄膜(氯化鎘鹽)之穿透率........... 52圖3-2 不同氨水濃度CdS薄膜(硫酸鎘鹽)之穿透率........... 53圖3-3 (0.015M硫酸鎘鹽)不同氨水濃度之CdS X-ray圖....... 54
圖3-4 (0.015M氯化鎘鹽)不同氨水濃度之CdS X-ray圖....... 54
圖3-5 (0.015M氯化鎘、1.5M硫尿、25%氨水)CdS薄膜表面形貌 55圖3-6 (0.015M硫酸鎘、1.5M硫尿、25%氨水)CdS薄膜表面形貌 56
圖3-7 (0.015M Cd2+、1.5M硫尿、25%氨水 )CdS厚度時間圖... 57
圖3-8 (S225-01∼S225-06試片)CuInSe2:Sb薄膜之XRD圖...... 58
圖3-9 (S225-05∼S225-06試片)CuInSe2:Sb薄膜之能隙圖...... 60
圖3-10 CuInSe2:Sb薄膜隨不同Sb通量表面形貌變化情形......61
圖3-11 CuInSe2與CuInSe2:Sb薄膜之XRD圖.................. 63
圖3-12 CuInSe2薄膜之XRD圖............................... 64
圖3-13 Cu-rich CuInSe2:Sb薄膜之XRD圖.....................65
圖3-14 Cu-rich CuInSe2薄膜之XRD圖...... ..................66
圖3-15 Cu-rich CuInSe2:Sb薄膜之XRD圖(Cu/In=1.360)........67
圖3-16 Cu-rich CuInSe2:Sb薄膜經5%KCN 5min處理前後之
XRD圖........................................... 68
圖3-17 Cu-rich CuInSe2:Sb薄膜之表面形貌圖................ 69
圖3-18 Cu-rich CuInSe2:Sb薄膜經5%KCN 5min處理後之SEM圖. 70
圖3-19 CuInSe2薄膜成長模式圖............................. 71
圖3-20 Cu-rich CuInSe2薄膜與CuInSe2:Sb薄膜未經KCN處理之
電性............................................ 72
圖3-21 Cu-rich CuInSe2薄膜與CuInSe2:Sb薄膜經KCN處理
之電阻率........................................ 73
圖3-22 Cu-rich CuInSe2薄膜與CuInSe2:Sb薄膜經KCN處理
之載子濃度分佈.................................. 74
圖3-23 Cu-rich CuInSe2薄膜與CuInSe2:Sb薄膜經KCN處理
之載子遷移率分佈................................ 75
圖3-24 Cu-rich CuInSe2薄膜與CuInSe2:Sb薄膜經KCN處理
之電性比較...................................... 76
圖3-25 CuInSe2:Sb薄膜經KCN處理前後之穿透率............. 78
圖3-26 CuInSe2薄膜經KCN處理前後之穿透率................. 79
圖3-27 定比線CuInSe2薄膜之SEM圖......................... 81
圖3-28 定比線CuInSe2:Sb薄膜之SEM圖...................... 83
圖3-29定比線CuInSe2:Sb薄膜之穿透率與能隙圖..............84
圖3-30 CuInSe2與CuInSe2:Sb薄膜雙層結構表面形貌.......... 86
圖3-31 CuInSe2薄膜(元件-01),未照光與照光之I-V圖..........87
圖3-32 CuInSe2薄膜(元件-01),Al與ZnO、Mo與CuInSe2之
I-V圖............................................88
圖3-33 Mo / Cu-rich CuInSe2:Sb與Cu-rich CuInSe2之I-V圖.....89
參考文獻 References
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