摘 要

本論文乃是探討以分子束沈積法成長II-VI族硒化鋅碲(ZnSeTe)薄膜藉以取代原本擔任CuInSe2薄膜太陽能電池中透光層角色的硫化鎘(CdS)。而在元件結構中此透光層的基板為CuInSe2薄膜，藉由調整Te加入ZnSe的量形成ZnSe1-xTex薄膜讓此薄膜與基板完全匹配。
薄膜成長乃是控制基板成長溫度為340℃，調整鋅、硒與鍗的蒸發通量，源瓶溫度分別為330℃、190℃及170℃，使得化合的ZnSe1-xTex薄膜之晶格常數5.785Å能夠與CuInSe2薄膜基板完全的匹配。樣品分別以X光繞射技術分析薄膜晶體結構；掃瞄式電子顯微鏡觀察薄膜厚度，約300~400nm；電子探測分析儀檢測成份組成比；四點探針量測薄膜的阻值；而吸收光譜儀則觀測薄膜穿透率，並轉換成能隙值，約為2.35eV。
實驗結果顯示，以分子束沈積法成長與CuInSe2薄膜基板完全匹配的ZnSe1-xTex薄膜是可行的。而且ZnSe1-xTex薄膜除了具有良好的光性（穿透率>90%），n-type的電導型式也為所求。

Abract
This paper concems studies of CIS solar cell based on ZnSe an ZnSeTe window layer. ZnSe an ZnSeTe films are grown by Molecular Beam Deposition (MBD).This research is important for several reasons : (1)Development of non-cadmium buffer layer may be essential for CIS solar cells to be accepted in the marketplace ; (2)Development of direct ZnO/CIS cells could lead to a simplified cell (3)knowledge gained in investigations of ZnO and ZnSeTe buffer layer may help us understand the unique role CdS plays in CdS/CIS solar cell .

目 錄
摘要
內容目錄 II
附圖目錄 VII
附表目錄 VIII


內 容 目 錄
第一章 前言 1

第二章 實驗研究之動機與目的 3
2.1 CuInSe2 薄膜的性質 3
2.2 Sb摻入對 CuInSe2 薄膜成長與特性的影響 5
2.3 ZnSe 薄膜的性質 6
2.4 透明導電膜ZnO:Al和Al接點之製備與特性 7
2.5 研究目標 8

第三章 實驗方法與實驗分析設備 10
3.1分子束蒸鍍系統（Molecular Beam Deposition，MBD） 10
3.1.1 CuInSe2 薄膜成長 10
3.1.2 ZnSe薄膜成長 12
3.1.3 基板的處理程序 12
3.1.4 分子束流率(flux)的估算 13
3.1.5 CuInSe2 : Sb 薄膜之蒸鍍 15
3.1.6 ZnSe薄膜之蒸鍍 15
3.1.7 Zn(Se1-xTex)薄膜之蒸鍍 17
3.1.8 ZnSe與Zn(Se1-xTex)磊晶薄膜之成長 17

3.2濺鍍原理 18
3.2.1 ZnO薄膜之沈積 19
3.2.2 金屬鋁接點之沈積 19
3.3實驗分析設備 19
3.3.1 X-ray繞射儀 19
3.3.2 掃瞄式電子顯微鏡（SEM） 20
3.3.3 電子微探針分析儀（EPMA） 21
3.3.4 α-step 量測 20
3.3.5 電流電壓量測 22
3.3.6 熱探針法（Thermal Probe）22
3.3.7 反射式Laue 繞射照相系統（Laue-back reflection）23
3.3.8 光激光系統（Photoluminescence, PL）23
第四章 實驗結果與討論 25
4.1 ZnSe薄膜成長與分析 25
4.1.1 XRD 結構的分析 25
4.1.2 EPMA 組成的分析 26
4.1.3 ZnSe之光學特性 26
4.1.4 ZnSe之電性 27
4.2 Zn(Se1-xTex)薄膜成長與分析 27
4.2.1 XRD 結構的分析 28
4.2.2 Zn(Se1-xTex)薄膜之光學特性 29
4.2.3 Zn(Se1-xTex)薄膜之電性 30
4.2.4 ZnSe與Zn(Se1-xTex)磊晶薄膜之XRD 30
4.2.5 ZnSe與 Zn(Se1-xTex)磊晶薄膜之Laue-back reflection pattern31
4.2.5 ZnSe與 Zn(Se1-xTex)磊晶薄膜之PL檢測32
4.3 CuInSe2：Sb薄膜33
4.4 ZnO薄膜與金屬Al接點之電流電壓特性 34
第五章 結論 36
第六章 參考資料 38


附 圖 目 錄
Fig 1. 各半導體在不同波長下之吸收光譜 43
Fig 2. CuInSe2 薄膜太陽能電池元件結構示意圖 44
Fig 3. 黃銅礦結構 45
Fig 4. 閃鋅礦結構 46
Fig 5. Cu2Se-In2Se3擬二元相圖 47
Fig 6. CuInSe2 點缺陷在能隙中之能階 48
Fig 7. 分子束磊晶設備圖 49
Fig 8. 濺鍍系統示意圖 50
Fig 9. 半導體材料能隙對晶格常數之關係圖 51
Fig 10. CuInSe2 三元相圖與電導形式之關係 52
Fig 11. 不同密度的試片與不同加速電壓作用所對應的作用深度 53
Fig 12. ZnSe薄膜在基板溫度340℃時之X-Ray 繞射圖 54
Fig 13. ZnSe薄膜在不同基板溫度下之X-Ray繞射圖 55
Fig 14. ZnSe薄膜在基板溫度340℃時之穿透率對波長作圖 56
Fig 15. ZnSe薄膜在基板溫度340℃時之吸收係數對能隙作圖 57
Fig 16. ZnSe薄膜在基板溫度340℃時之（αｈν）2對能隙作圖，並以外插法估求其能隙值 58
Fig 17. ZnSe1-xTex薄膜在不同Te溫度下之X-Ray繞射圖 59
Fig 18. ZnSe1-xTex薄膜在不同Te溫度下之穿透率對波長作圖 60
Fig 19. ZnSe1-xTex薄膜在不同Te溫度下之（αｈν）2 對能隙作圖，並以外插法估求其能隙值 61
Fig 20. 藉由Vargad’s Law 依照Te摻入量x 求其晶格常數 62
Fig 21.依照Te摻入量x 其所對應之能隙值 63
Fig 22. ZnSe1-xTex薄膜在不同Se溫度下之X-Ray繞射圖 64
Fig 23. ZnSe1-xTex薄膜在不同Se溫度下之穿透率對波長作圖 65
Fig 24. ZnSe1-xTex薄膜在不同Se溫度下之（αｈν）2 對能隙作圖，並以外插法估求其能隙值 66
Fig 25. 藉由Vargad’s Law 依照Te摻入量x 求其晶格常數 67
Fig 26. 依照Te摻入量x 其所對應之能隙值 68
Fig 27..ZnSe/GaAs與ZnSe1-xTex/GaAs磊晶薄膜在20°-70°之繞射圖 69
Fig 28..ZnSe/GaAs與ZnSe1-xTex/GaAs磊晶薄膜在20°-65°之繞射圖 70
Fig 29..ZnSe/GaAs磊晶薄膜以〈001〉為zone之Laue-pattern 71
Fig 30. ZnSe1-xTex/GaAs磊晶薄膜以〈001〉為zone之Laue-pattern 72
Fig 31. ZnSe磊晶薄膜之PL量測圖 73
Fig 32. ZnSe1-xTex磊晶薄膜之PL量測圖 74
Fig 33. 試片CIS0419放大倍率20,000倍SEI(a) In-rich CIS之影像(b) Cu-rich CIS之影像 75
Fig 34. 試片CIS0420放大倍率20,000倍SEI(a)加入Sb後In-rich CIS之影像(b)加入Sb後Cu-rich CIS之影像 76
Fig 35. 未退火前ZnO薄膜與Al接點之電流電壓量測 77
Fig 36. 450℃、30min 退火後ZnO薄膜與Al接點之電流電壓量測 78
Fig 37. 以熱探針法檢測半導體電導形式 79
Fig 38. 源瓶各元素在不同溫度下所對應的蒸氣壓 80
Fig 39. 雲母片開窗口示意圖 81
Fig 40. PL系統裝置圖 82


附 表 目 錄
Table 1. CuInSe2 、 CdS 及ZnSe化合物之物理特性比較 83
Table 2. CuInSe2 薄膜中可能缺陷之Formation energy 和Electrical activity 84
Table 3. A comparison of various growth techniques employed for the deposition of semiconductor transparent thin film 85
Table 4 ZnSe 薄膜之基板溫度設定與實驗量測結果 86
Table 5 固定Se流率改變Te流率系列之ZnSe1-xTex 薄膜成長條件及分析結果 87
Table 6 固定Te流率改變Se流率系列之ZnSe1-xTex 薄膜成長條件及分析結果 88
Table7 固定Se流率改變Te流率系列X-ray繞射面之校正 89
Table 8 固定Te流率改變Se流率系列X-ray繞射面之校正 90
Table 9 各元素源瓶在不同溫度下的流率估算 91

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