不同熱處理氣氛下對於銅銦鎵硒薄膜之燒結及其特性研究

Abstract

本研究探討使用直接升溫法合成黃銅礦結構之銅銦鎵硒 (CuIn0 7Ga0 3Se2) 奈米級粉體，經過配體交換技術將粉體表面吸附的有機分子碳鏈鏈長降低，以減少硒化後薄膜之殘碳量。利用低成本的刮刀法於玻璃基板上塗佈厚度約1 ~ 2 μm的CIGS前驅物薄膜，在80℃下聚合並乾燥後，藉由二階段之熱處理獲得最佳的CuIn0 7Ga0 3Se2薄膜。此二階段之熱處理分別為：(1) 試片首先在500℃的2 bar高壓N2氣氛下進行預燒結1小時，以提高前驅物薄膜的緻密性；(2) 置於石墨盒中以硒粉提供硒蒸氣在N2氣氛於500℃ 進行硒化，以促進晶粒成長。研究顯示利用高壓氣氛預燒結可改善薄膜與基板之間的束縛燒結行為，有效降低基板對薄膜的張應力影響，大幅降低薄膜的破裂程度，並獲得高均勻性、高密度及低孔隙率之CIGS前驅物。而硒化熱處理方面主要藉由改變硒粉重量、改變石墨盒外界氣壓，此兩變因互相搭配觀察其顯微結構及晶粒成長影響。根據SEM結果顯示，CIGS前驅物經過兩階段熱處理的試片明顯具有良好結晶性及微結構，且藉由AFM量測可知其擁有較低的粗糙度。利用霍爾效應分析量測，在硒化條件為500℃ - N2 1 2 bar - 15 min時，可獲得優異電性的p型半導體之CIGS吸收層，其1 bar條件之載子濃度為1 23×1018 cm-3、飄移速率為11 4 cm2 V-1 s-1與電阻率為0 44 Ω-cm；則2 bar條件之載子濃度為6 00×1016 cm-3、遷移率16 0 cm2 V-1 s-1與電阻率為6 51 Ω-cm。利用可見光分光光譜儀量測其CIGS能隙值落為1 17 eV，於合理範圍內。利用光響應量測觀察CIGS薄膜在光、暗環境的瞬間響應情形。CIGS太陽能電池元件則使用兩階段熱處理之較佳製程參數製備，其元件構造由下而上為SLG / Mo / CIGS / CdS / i-ZnO / TCO(ZnO:Al) / Ag grid，於光強度AM1 5的照射下，獲得最高光電轉換效率1 28%。

Date of Award	2018 Jul 18
Original language	Chinese
Supervisor	Hsing-I Hsiang (Supervisor)