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研究生: 方慈慧
Fang, Tzu-Hui
論文名稱: 利用網版印刷製備ITO薄膜之研究與其應用
Study of ITO Thin Film Fabricated by Screen Printing and Applications
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: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 80
中文關鍵詞: ITO網版印刷
外文關鍵詞: ITO, screen printing
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  • 摘要
    本實驗使用ITO奈米粉末,及偶聯劑型分散劑(TODS)進行分散,再利用甲基纖維素進行增稠,配製成金屬氧化物漿料,並利用網版印刷進行薄膜網印,完成後的薄膜經過第一階段預燒以及第二階段熱處理完成具有導電性與透光性的ITO薄膜。ITO薄膜大量應用在光電產業,目前大多使用真空製程進行製備,為了開發低成本方式製備ITO薄膜,本研究嘗試利用網版印刷技術進行薄膜之製備。
    本研究分成三個部分,第一部分為ITO漿料之製備;第二部分為ITO薄膜其電特性探討,藉由不同氣氛與燒結時間進行測試;第三部分則是把ITO薄膜應用在太陽能電池,針對其電流特性進行實驗與探討分析,並進行不同燒結方式與不同基版結構等測試,其效率可達0.87%;藉由晶種層的輔助更可使效率提高至3.6%。

    Traditional ITO thin film was manufactured by vacuum method, but the process cost intensively. Although the non-vacuum technique’s resistivity is still high, this way provides a cost-down direction to develop. In this study, we used coupling-agent and ball-milling to disperse ITO nanopowder, and completed the thin film by screen-printing. After pre-curing step and annealing step, we got the best conductivity and transparency. We used the thin film on the p type silicon to be the n layer or carrier transforming layer. The first structure was ITO(n)/p type silicon, and the efficiency was almost 0%. By the annealing step, some organic matters became COx and made pores on the film’s surface. The bad surface situation would increase resistivity and decrease the transparency, so we cannot get enough right current. According to this situation, we sputtered a 10nm ITO on the silicon to be seed layer and then printing our ITO film. This way helped the non-vacuum manufactured ITO film become more compact and decrease the pores. The best efficiency was 3.6%.

    摘要……………………………………………………………………………………….iii Abstract……………………………………………………………………………….…iv 致謝……………………………………………………………………………………...viii 目錄………………………………………………………………………………………...x 表目錄……………………………………………………………………...…………….xii 圖目錄…………………………………………………………………………………...xiii 第一章 緒論………………………………………………………………………...…1 1.1前言…………………………………………………………………………….….1 1.2太陽能電池簡介……………………………………………………………….….3 1.2.1 矽晶太陽能電池……………………………………………………..…..6 1.2.2 薄膜太陽能電池………………………………………………………....7 1.2.3 高分子太陽能電池…………………………………………………..…..8 1.3透明導電薄膜簡介……………………………………………………………..…9 1.4研究動機……………………………………………………………………….....11 第二章 理論基礎……………………………….………….……………………....12 2.1太陽能電池原理………………………………………………………………....12 2.2 ITO材料特性…………………………………………………………………....18 2.3 ITO薄膜製程技術………………………………………………………………20 2.3.1物理氣相沉積………………………………………………………….…20 2.3.1.1 濺鍍……………………………………………………………….....20 2.3.1.2 蒸鍍……………………………………………………………..…...21 2.3.2濕式化學製程.............................................................................................22 2.3.2.1浸沾法(dip-coating)………..……………………………………..…22 2.3.2.2 旋轉塗佈法(spin-coating)………………………………………….22 2.3.2.3網版印刷技術(screen-printing)……………………………..…..…..22 2.4奈米粉體漿料的分散機制…………………………………………………..…..24 2.4.1 物理性分散…………………………………………………………..…..24 2.4.2 化學性分散……………………………………………………………....25 第三章 實驗方法與量測儀器介紹………………..…..……………..…..….28 3.1實驗流程……………………………………………………………………...….28 3.1.1 ITO奈米粉體分散………………………………………….………...….30 3.1.2 網印漿料配製…………………………………………………..……..…30 3.1.3 網印ITO薄膜………………………………………………………..….31 3.1.4 薄膜熱處理……………………………………………………………....32 3.2實驗藥品與材料……………………………………………………………..…..34 3.3實驗參數………………………………………………………………………....35 3.3.1 ITO薄膜製程調變參數……………………………………………….…35 3.3.2異質接面結構調變參數 ……………………………………………..….35 3.3.3蒸鍍Al背電極 ……………………………………………………….…36 3.4量測儀器介紹…………………………………………………………………....37 3.4.1 動態光散射儀(Dynamic light scattering, DLS)…………………….…37 3.4.2 場發射掃描式電子顯微鏡 (Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)............................37 3.4.3 能量分析光譜儀(Energy dispersive spectroscopy , EDS)………….…38 3.4.4 X光繞射儀(X-ray diffraction, XRD)………………………………..….39 3.4.5 霍爾效應量測(Hall effect measurement)…………………………..…..40 3.4.6 紫外光-可見光光譜儀(Ultraviolet Visible Spectrometer, UV-VIS).….43 3.4.7 穿透式電子顯微鏡(Transmission electron microscope, TEM)…..…..45 3.4.8 太陽能電池量測系統…………………………………………………....46 第四章 結果與討論…………………..………..…………………………….……47 4.1 ITO粉體分散……………………………………………………………….…...47 4.1.1 分散劑種類選擇……………………………………………………..…..47 4.1.2 分散參數………………………………………………………………....50 4.2網印ITO薄膜………………………………………………………………..….54 4.2.1網印漿料配製………………………………………………………….…54 4.2.2薄膜熱處理 ……………………………………………………………...58 4.3 太陽能電池之應用………………………………………………………..…….64 4.3.1 薄膜應用(一)………………………………………………………….…64 4.3.2 薄膜應用(二)………………………………………………………….…67 4.3.3 薄膜應用(三)……………………………………………..…………..….72 第五章 結論……………………………………………………………………….…75 參考文獻……………………………………………..………………………………...76

    [1] 楊德仁、“太陽能電池材料”、五南圖書出版社、2009
    [2] 蕭睿中, 陳建勳, 林景熙, 徐偉智, 葉芳耀、“高效率異質介面矽基太陽能電池技術介紹” 、工業材料雜誌281期
    [3] “太陽能矽材”、Money D理財網、百科內文
    [4] “CIGS薄膜太陽能電池”、Money D 理財網、百科內文
    [5] 黃書瑋、“砷化鎵應用就在你身邊”、DIGITIMES科技商情
    [6] 梁智恆、”CdTe太陽能產業觀察”、 DIGITIMES Research
    [7] “高分子有機太陽能電池技術發展概況”、材料世界網
    [8] 楊明輝、 “透明導電薄膜” 第二版、藝軒圖書出版社、2012
    [9] 洪文進, 許登貴, 萬明安, 郭書瑋, 蘇昭瑾、“ITO透明導電薄膜:從發展與應用到製備與分析”、CHEMISTRY(THE CHINESE CHEM. SOC., TAIPEI)、Vol. 63、No.3、pp.409~418 、September. 2005
    [10] 郭俊頡、“利用RF濺鍍技術於室溫下將ITO成長在塑膠基板上之研究”、 國立中山大學光電工程研究所、2005
    [11] 施敏, 黃調元、 “半導體元件物理與製作技術”、國立交通大學、2006
    [12] R.Hulstron, R.Bird, C.Riordan、”Spectral solar irradiance data sets for selected terrestrial conditions”、Solar cells、15、365、1985
    [13] R.N.Joshi, V.P.Singh, J.C.McClure、”Characteristics of indium tin oxide films deposited by r.f. magnetron sputtering”、Thin solid films、257、pp.32-35、1995
    [14] V. Senthilkumar, P. Vickraman, M. Jayachandran, C. Sanjeeviraja、 “Structure and optical properties of indium tin oxide (ITO) thin films with different compositions prepared by electron beam evaporation”Vacuum、84、pp.864-869、2010
    [15] Anna Prodi-Schwab, Thomas Luthe, Rainer Jahn, Bettina Herbig, Peer Lobmann、”Modified procedure for the sol–gel processing of indium–tin oxide (ITO) films”、J Sol-Gel Sci Technol 47:68–73, DOI 10.1007/s10971-008-1749-5、2008
    [16] B.Bessais, H.Ezzaouia, R.Bennaceur、”Electrical behavior and optical properties of screen printed ITO thin films”、Semiconductor Technol.8、pp.1671-1678、1993
    [17] 高廉, 孫靜, 劉陽橋、“奈米粉體的分散與表面改性”、五南圖書出版公司、2005
    [18] Georgs D.J.Phillies、”Quasielastic light scattering”、American Chemlcai Society,、Vol.62、pp.1049A-1057A、1990
    [19] A.Kampmann, V.S., J.Rechid, R.Reineke-Koch、”Large area electrodeposition of Cu(In,Ga)Se2.Thin Solid Films”、vol.361-362、 pp.309-313、2000
    [20] Naglaa Fathy, R.K. , Masaya Ichimura、”Preparation of ZnS thin films by the pulsed electrochemical deposition”、Materials Science and Engineering, vol.107,、pp.271-276、2004
    [21] 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,、新竹p.169、1996
    [22] 莊達人、VLSI製造技術、高力圖書股份有限公司、1995
    [23] M.A. Martinez, J.Herrero, M.T.Gutierrez、”Deposition of transparent and conductive Al-doped ZnO thin films for photovoltaic solar cells”、Sol. Energy Mater, Sol.Cells、vol.45、pp.75、1997
    [24] M. Mahajeri, A. Schneider, M. Baum, T. Rechtenwald , M. Voigt, M. Schmidt, W. Peukert、”Production of dispersions with small particle size from commercial indium tin oxide powder for the deposition of highly conductive and transparent films”、Thin Solid Films 、520、pp.5741-5745、2012
    [25] Natasha Chen, Wenjea J. Tseng、”Polyelectrolyte adsorption and rheological behavior of ITO nanoparticles in ethanol with ammonium polyacrylate as a surfactant”、Journal of materials science、40、pp.4133-4135、2005
    [26] Young-Sang , Choa, Hyang-Mi Kima, Jeong-Jin Hong, Gi-Ra Yi, Sung Hoon Jang, Seung-Man Yang、”Dispersion stabilization of conductive transparent oxide nanoparticles”、Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 、336、pp.88–98、2009
    [27] M.Mahajeri, M Voigt, R.N. Klupp Taylor, A Reindl, W Peukert、”Evaluation of the film formation and the charge transport mechanism of indium tin oxide nanoparticle films”、Thin Solid Films、518、pp.3373-3381、2010
    [28] 朱协彬, 段学臣,陈海清、”MC对ITO水相浆料的稳定作用及其分散机理”、中南大學學報(自然科學版)、 Vol38、No.4,第38卷第4期、2007
    [29] Jin-A. Jeong , Jin ho Lee , Hong doo Kim , Han-Ki Kim, Seok-InNa、”Ink-jet printed transparent electrode using nano-size indium tin oxide particles for organic photovoltaics”、Solar Energy Materials & Solar Cells ,94 、pp. 1840–1844、2010
    [30] Sung-Jei Hong , Jong-Woong Kim, Jeong In Han、”Improvement of electrical properties of printed ITO thin films by heat-treatment conditions”、 Current Applied Physics、 11、 S202-S205、2011
    [31] Wang hong-zhi, Li yao-gang, Ma zhong-quan, Xu jing, Zhang qing-hong,Wang chun-rui, Xing huai-zhong, Zhao lei & Wang dun-dong、”Fabrication and characterization of amorphous ITO/p-Si eterojunction solar cell”、 Science China、Vol.56 No.8:、pp.1870–1876、2013
    [32] A. Montesdeoca-Santana , E. Jimenez-Rodriguez , N. Marrero, B. Gonzalez-Diaz a, D. Borchert , R. Guerrero-Lemus、”XPS characterization of different thermal treatments in the ITO–Si interface of a carbonate-textured monocrystalline silicon solar cell”、 Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 、B 268 、pp.374–378、2010
    [33] H.B. Saim, S. Campbell、”Properties of indium-tin-oxide (ITO)/silicon heterojunction solar cells by thick-film techniques,、Solar Energy Materials 、15、pp.249-260、1987

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