銅銦鎵硒太陽能電池二元前驅物固態硒化相變化之研究

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Title:	銅銦鎵硒太陽能電池二元前驅物固態硒化相變化之研究
Authors:	葉宜融林金雄張子欽
Contributors:	機械工程系
Keywords:	硒化製程吸收層銅鎵前驅物薄膜太陽能電池
Date:	2012
Issue Date:	2013-07-23 13:32:45 (UTC+8)
Publisher:	台中;國立勤益科技大學
Abstract:	銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池吸收層為一四元化合物半導體，為直接能隙材料，具有黃銅礦晶體結構，其能隙可藉由控制Ga含量調整，吸收光譜廣泛。在CIGS太陽能電池中，吸收層是製備太陽能電池最核心的組件，因此研究各階段硒化過程中各參數對於薄膜微結構、表面形貌的變化，為目前重要課題。利用SEM、XRD、ICP等分析方法，分析各階段硒化製程之吸收層薄膜。本研究利用直流磁控濺鍍系統製備CuGa+In薄膜，並利用蒸鍍硒化源於薄膜表面鍍覆硒薄膜，最後搭配快速退火爐，於玻璃基板上製備CIGS薄膜。探討在四階段硒化過程中，各階段硒化製程參數改變對於薄膜結晶結構與形貌之影響。在第一階段硒化製程中，升溫速率會影響Se元素擴散進入In/CuGa前驅物薄膜形成CuSe與InSe化合物，升溫速率過快或過慢會阻礙In/CuGa前驅物薄膜形成In2Se3、Cu2Se、Cu3Se2等二次相產物，持溫時間的改變可改善升溫速率過快或過慢的結晶情況，使本來Cu2Se繞射峰強度較強的情況，轉變為In2Se3較強的情況。在硒化製程第二階段中，隨著製程溫度的提升而逐漸形成多元化合物，當硒化製程達到350℃時，二次相反應並形成(112)、(220)、(312)等結晶方向，顯示各膜層於此階段已均勻混合，在此製程溫度下二次相會減少，並朝向(112)與 (220)優選方向成長。第三階段的固態硒化製程，製程溫度提升至550℃時，二次相消失形成CIGS，晶格方向(112)具有強烈的峰值強度，繞射峰值角度落在26.92∘。觀察表面形貌，呈現顆粒較大，Cu-Rich的表面形貌。由橫截面來觀察，前驅物薄膜應在製程溫度550℃反應完成，但仍有細小晶粒存在於CIGS薄膜底部，推測可能於硒化過程中隨著溫度上升硒元素逐漸流逝，導致硒元素含量不足，致使擴散深度未達底層，同時隨溫度升高CIGS晶粒逐漸成長，造成部分晶粒來不及反應而殘留於底部。
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