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研究生: 戴廷宇
Dai, Ting-Yu
論文名稱: 以化學水浴沉積法製備CIS太陽能電池之硫化鎘緩衝層
Chemical Bath Deposition of CdS Buffer Layer on CIS Solar Cell
指導教授: 洪茂峰
Houng, Mau-Phon
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 微電子工程研究所
Institute of Microelectronics
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 93
中文關鍵詞: 硫化鎘銅銦硒
外文關鍵詞: CdS, CIS
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  • 在本研究中為了達到理想的太陽能電池緩衝層硫化鎘薄膜,並使其具有良好的穿透性、結晶性以及表面形貌,因此針對硫化鎘薄膜作下列幾個部份的探討研究:首先利用現成阻值為15Ω的ITO玻璃作為基板沉積硫化鎘薄膜,針對不同的沉積溫度進行硫化鎘薄膜的材料特性以及光電特性的量測。之後則是將最佳沉積溫度條件固定,再分別用不同的酸鹼值(pH)沉積硫化鎘薄膜,再藉由量測分析取得最佳酸鹼值(pH)。之後固定溫度、酸鹼值,再作硫濃度的調變。
    作為一個薄膜太陽能電池緩衝層須具有良好的穿透率,理想厚度約為10~50nm,吾人調整沉積時間藉此降低厚度,使其達到理想的厚度。
    吾人調變參數為溫度、酸鹼值(pH)、硫濃度、時間。綜合起來最佳硫化鎘沉積條件是溫度80oC、pH=8.5、硫濃度0.09M、時間40min,再將沉積於MO/CIS基板上,藉此去探討元件特性。

    In this study, in order to achieve the ideal CdS buffer layer of thin film solar cells, and makes it has good transmittance、crystallinity and surface morphology. Therefore, we do some researches of CdS thin films, and divided the results into the following several parts : First, we use 15 Ω/□ ITO glass as the substrate and then deposit CdS thin films in different temperature condition. Second, the material and optical properties of CdS thin films would be measured.
    After the optimum deposition temperature reached, we deposited CdS thin films in different pH conditions, trying to find optimum pH values for thin film deposition. Finally, we fix the optimum temperature and pH conditions, modulating sulfur concentration to find ideal elemental composition.
    As a thin film solar cells, the buffer layer should have good transmittance, and the ideal thickness is about 50~100 nm. We reduce the thickness of buffer layer by adjusting the deposition time to reach the desired thickness.
    We modulate parameters such as temperature, pH, thiourea concentration and deposition time. Consequently, the best conditions are temperature 80oC, pH 8.5, thiourea concentration 0.09M, and deposition time 40 min, individually. Combining these best CdS deposition conditions, we deposit CdS thin films on MO/CIS-substrate and discuss the characteristics of the device.

    摘要 i Abstract iii 誌謝 v 目錄 vii 表目錄 ix 圖目錄 x 第一章 緒論 1 1-1研究背景 1 1-2研究動機 6 第二章 理論基礎與文獻探討 8 2-1太陽能光譜介紹 8 2-2太陽能電池種類 10 2-3太陽能電池基本工作原理 12 2-4緩衝層介紹 17 2-5硫化鎘薄膜材料 CdS薄膜材料的基本性質 17 2-6化學水浴法 19 2-6-1 化學水浴沉積法介紹 19 2-6-2 CdS薄膜材料的製備 21 2-6-3 CdS薄膜成長機制 21 2-6-4 化學反應式 25 2-7 半導體薄膜光學性質原理 27 2-7-1 Burstein-Moss (BM) Shift 原理 27 2-7-2 透明導電金屬氧化物薄膜能隙計算 28 2-8化學水浴沉積硫化鎘薄膜 30 2-8-1 反應溫度變化對於硫化鎘薄膜 30 2-8-2氨水濃度變化對於硫化鎘薄膜 31 2-8-3硫脲濃度對於硫化鎘薄膜 32 2-9化學浴沉積法基板放置 34 2-10 Rietveld refinement 模擬軟體簡介 35 第三章 實驗方法與量測方法 38 3-1實驗流程 38 3-2實驗步驟 40 3-3實驗藥品 41 3-4實驗參數 41 3-4-1硫化鎘薄膜調變參數 41 3-4-2 鍍膜參數(ITO ZnO) 41 3-5薄膜量測分析與模擬 42 3-5-1場發射掃描式電子顯微鏡(Field Emission Scanning 42 Electron Microscope System,FE-SEM) 42 3-5-2紫外光-可見光光譜儀(Ultraviolet Visible42 Spectrometer, UV-VIS) 42 3-5-3 X光繞射儀(X-Ray Diffraction, XRD) 44 3-5-4 濺鍍系統介紹 44 3-5-6 Rietveld refinement模擬流程圖 49 第四章 結果與討論 50 4-1沉積溫度對硫化鎘薄膜探討 50 4-1-1沉積溫度對於硫化鎘薄膜結晶品質 50 4-1-2硫化鎘薄膜光學特性 53 4-1-3沉積溫度對硫化鎘薄膜表面形貌的影響 55 4-2沉積酸鹼值(pH)對硫化鎘薄膜探討 56 4-2-1沉積酸鹼值(pH)對於硫化鎘薄膜結晶品質 56 4-2-2不同酸鹼值對硫化鎘薄膜表面形貌的影響 60 4-2-3不同酸鹼值硫化鎘薄膜光學特性 61 4-3 硫濃度對硫化鎘薄膜探討 63 4-3-1硫濃度對於硫化鎘薄膜結晶品質 63 4-3-2不同硫濃度對硫化鎘薄膜表面形貌的影響 66 4-3-3不同硫濃度硫化鎘薄膜光學特性 67 4-3-4不同硫濃度對應PL光譜 69 4-4 沉積時間對硫化鎘薄膜探討 71 4-4-1沉積時間對於硫化鎘薄膜結晶品質 71 4-4-2沉積時間對硫化鎘薄膜表面形貌的影響 74 4-4-3不同硫濃度硫化鎘薄膜光學特性 75 4-5 Rietveld refinement 模擬 78 4-6 CIS太陽能電池元件製作 83 第五章 結論 90 參考文獻 91

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