簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 闕文峰
Chueh, Wen-Feng
論文名稱: 化學機械研磨銅銦鎵二硒薄膜之研究
A Study of Chemical Mechanical Polishing Process for CuInGaSe2 Thin Films
指導教授: 彭洞清
Perng, Dung-Ching
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系碩士在職專班
Department of Electrical Engineering (on the job class)
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 68
中文關鍵詞: 薄膜型太陽能電池銅銦鎵二硒化學機械研磨研磨液
外文關鍵詞: Thin film solar cells, CuInGaSe2 (CIGS), Chemical Mechanical Polishing (CMP), Slurry
相關次數: 點閱:114下載:4
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本論文使用新穎之化學機械研磨步驟,來改善銅銦鎵二硒 (CuInGaSe2,簡稱CIGS) 吸收層薄膜的表面粗糙度及平坦度,藉此可以使後序之硫化鋅薄膜更均勻及幫助有效pn介面之形成,因此有機會提升薄膜型太陽能電池元件的光電轉換效率。
    研磨之CIGS薄膜製作:首先將銅銦鎵先驅物濺鍍於鍍有鉬背電極之含鈉玻璃基板,經高溫硒化後形成CIGS吸收層薄膜。研磨實驗過程中發現;研磨液中溴水濃度、轉速、研磨時的下壓力,皆會影響薄膜的表面粗糙度及平坦度。本實驗再輔以掃瞄式電子顯微鏡 (SEM)、X光繞射分析儀 (XRD)、Zygo白光干涉儀 (White Light Interferometers) 等儀器,對薄膜之表面形貌、組成成份、晶體結構與薄膜粗糙度及厚度進行分析;藉此數據來瞭解化學機械研磨後,CIGS薄膜粗糙度及平坦度的改善。

    In this dissertation, I sputtered Copper-Indium-Gallium metallic precursors on Mo-coated soda-lime glass substrates followed by high temperature selenization process to form the CuInGaSe2 (CIGS) absorber films. I used a novel chemical mechanical polishing process to improve the roughness or flatness of the CIGS absorber layer. Improved CIGS film roughness could benefit for better ZnS coverage and therefore better effective junction formation, which in term can improve the conversion efficiency of the CIGS solar cells.
    In this study, I found that Br2 concentration in slurry, revolution speed of the slurry solution, and down force of polishing can significantly influence on CIGS film’s roughness or flatness. I used scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), and Zygo white light interferometer to analyze film’s morphology, film composition, crystalline phase/orientation, and topography of the film. The best condition in my study is 1 Kg down force, 6x revolution speed, 120 sec polish time with Br2 concentration of 0.050% and using 70 nm abrasive.

    中文摘要 Ⅰ Extend Abstract Ⅱ 誌謝 Ⅴ 目錄 Ⅵ 表目錄 Ⅸ 圖目錄 Ⅹ 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 太陽能電池簡介 1 1-3 太陽能電池基本原理 7 1-3-1 太陽能光譜 7 1-3-2 光電效應 8 1-3-3 太陽能電池元件原理 9 1-4 研究動機 13 第二章 化學機械研磨 14 2-1化學機械研磨簡介 14 2-1-1 化學機械研磨 14 2-1-2 研磨液簡介 16 2-1-3 研磨顆粒簡介 17 2-1-4 研磨拋光墊簡介 18 2-1-5 鑽石碟簡介 19 2-2 化學機械研磨後的清洗 21 第三章 實驗 22 3-1 實驗所需材料與實驗設備 22 3-1-1實驗材料、藥品及實驗設備規格 22 3-1-2 硒化系統 23 3-2實驗流程 24 3-2-1 銅銦鎵先驅層硒化 24 3-2-2 研磨液配製 25 3-2-3 化學機械研磨 26 3-2-4 氫化鉀溶液配製與清洗 28 3-3薄膜特性分析機台簡介 29 3-3-1 掃描式電子顯微鏡 (SEM) 29 3-3-2 X光繞射分析儀 (XRD) 31 3-3-3 白光干涉儀 (White Light Interferometers) 34 第四章 實驗結果與討論 36 4-1 柱狀缺陷(Spike defect) 所造成的量測影響 36 4-2 不同溴水濃度研磨液研磨速率與蝕刻率測試 40 4-3 不同的下壓力對研磨速率測試 49 4-4 不同的研磨顆粒尺寸對研磨速率測試 55 4-5 不同的轉子轉速對研磨速率測試 58 4-6 實驗再現性測試 60 4-7 量測再現性測試 61 4-8 表面薄膜結構與成份組成分析 62 第五章 結論 65 第六章 參考文獻 66

    [1] Michael Grätzel, Brian O'Regan. "A low-cost, high-efficiency solar cell based ondye-sensitized colloidal TiO2 films", Nature 353 (24): p737 - 740. (24 October 1991).
    [2] S.O. Kasap著, 黃俊達.陳金嘉楊奇達雷伯勳編譯, “光電子學” 培生教育出版公司, P279 ~ P298, 台灣, 2006
    [3] 楊德仁, 太陽能電池材料, 五南圖書出版社, 台灣, 2008.
    [4] 太陽能能譜http://www.use-machine.com/Energy%20Transmission%20Measurements--translation.htm
    [5] S. M. Sze, “Semiconductor Device Physics and Technology”, 2nd, John Wiley & Sons, New York, 2002
    [6] 土肥俊郎,河西敏雄,中川威雄,半導體平坦化CMP技術,p.193-194
    [5] 翁敏航,太陽能電池:原理、元件、材料、製程與檢測技術,台灣東華書局股份有限公司,台灣,2010年,P13 ~ P17
    [7] Darga, D. Mencaraglia, Z. Djebbour, A. Migan Dubois, J.F. Guillemoles, J.P. Connolly, O. Roussel, D. Lincot, B. Canava, A. Etcheberry, “Two Step Wet Surface Treatment Influence on the Electronic Properties of Cu(In,Ga)Se2 Solar cells”, Thin Solid Films, 517, P2550 ~ P2553, 2009
    [8] 大同大學貴重儀中心儀器設備講義
    [9] 布拉格定律 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/bragg.html
    [10] X射線晶體學原理 http://www.geology.wisc.edu/~g203/xray
    [11] 南台科技大學機械系 光學儀器設計技術講義 朱志良
    [12] 義守大學 機械與自動化工程系 流體力學講義 王曉剛
    [13] Martin A. Green, Keith Emery, Yoshihiro Hishikawa and Wilhelm Warta, “Solar Cell Efficiency Tables (version 37)”, Prog. Photovolt: Res. Appl., P19, P84~P92, 2011.
    [14] Philip Jackson, Dimitrios Harikos, Erwin Lotter, Stefan Paetel, Roland Wurez, Richard Menner, Wiltraud Wischmann and Michael, Powalla, “New World Record Efficiency for Cu(In, Ga)Se2 Thin-Film Solar Cells Beyond 20%”, Prog. Photovolt, Res. Appl., 2011.
    [16] Martin A. Green 著, 曹卲陽, 狄大衛, 李秀文譯, 太陽能電池工作原理、技術與系統應用 (Solar Cells Operating Principles, Technology and System Applications), 五南圖書出版公司, 台灣, 2009年
    [17] 戴寶通, 鄭晃忠, 太陽能電池技術手冊, 台灣電子材料與元件協會, 2008.
    [18] Greg P. Smestad and Michael Grätzel, “Demonstrating Electron Transfer and Nanotechnology:A Natural Dye–Sensitized Nanocrystalline Energy Converter”, J. Chemical Education, 75(6),June 1998. Web site: JChemEd.chem.wisc.edu.
    [19] M. Grätze,” Review: Dye-sensitized solar cells”, J. Photochemistry and Photobiology C:Photochemistry Reviews 4 (2003) 145–153.
    [20] 「超高效率太陽電池從愛因斯坦的光電效應談起」,文/蔡進譯,物理雙月刊第27 卷第四期(2005 年10 月號版), 第701 頁G. P. Smestad, Solar Energy Mater. Solar Cells, 82, 227(2004).
    [21] 劉智生, 洪儒生, 太陽能電池的高效率化, 科學發展, 439期, P60 ~ P65, 2009.
    [22] Matt Law, Lori E. Greene, Justin C. Johnson, Richard Saykally and Peidong Yang, “Nanowire dye-sensitized solar cells”, Nature Materials, vol.4, P455 ~ P459, 2005
    [23] 蕭宏, 半導體製程技術導論, 台灣培生教育出版公司, 台灣, 2007.
    [24] 陳力俊等編著, 材料電子顯微鏡學, 儀科中心出版
    [25] 許樹恩, 吳泰伯, X光繞射原理與材料結構分析, 中國材料學會, 台灣, 1996.
    [26] M.E. Calixto, R. N. Bhattacharya, P. J. Sebastian, A. M. Fernandez, S. A. Gamboa, R. N. Noufi, “Cu(In,Ga)Se2-based Photovoltaic Structure by Electro-deposition and Processing”, Solar Energy Materials and Solar Cells,55, P23 ~ P29, 1998.
    [27] Darga, D. Mencaraglia, Z. Djebbour, A. Migan Dubois, J.F. Guillemoles, J.P. Connolly, O. Roussel, D. Lincot, B. Canava, A. Etcheberry, “ Two Step Wet Surface Treatment Influence on the Electronic Properties of Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells”, Thin Solid Films, 517, P2550 ~ P2553, 2009.

    下載圖示 校內:2024-01-01公開
    校外:2024-01-01公開
    QR CODE