能源－太陽能電池
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- 4. 二、太陽能電池發展與應用 太 陽 能電 池 自 1970 年 代 初 期 被 商 業 化 以 後，已歷經兩代:（１）單晶與複晶薄片及 （２）複晶元素及化合物薄膜，且在減少 材料消耗、提高吸收效率及光電轉換效率 的動機下，奈米柱或奈米介觀孔隙結構結 合超薄吸收層，及敏化染料等無機/有機混 成奈米電子收集層之第三代奈米結構太陽 能電池的構想也已被提出，並正受到各界 高度的重視。
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- 8. 三、實驗原理與機制 太陽能電池原理介紹 太陽能電池的發電效果和其面積成正比，但一 般利用半導體晶片製作的大面積元件成本過 高，只適合在特殊場合使用；例如人造衛星。 而日常所使用的太陽能電池，一般是以玻璃當 作基板，在鍍上一層透明導電膜（通常是氧化 銦類的材料），成長成非晶態的矽薄膜，並形 成pn接面，雖然非晶矽太陽能電池的發電效率 與使用期限較晶體材料製作的差，但成本卻較 低廉，適合作為一般發電使用。
- 9. 太陽能電池原理介紹 太陽能電池為一種利用太陽光直接發電的 光電半導體薄片，其將高純度的半導體材料 加入一些不純物使其呈現不同的性質，如加 入硼可形成 P型半導體，加入磷可形成 N 型 半導體， PN 兩型半導體相結合後，當太陽 光入射時，大量的自由電子伴隨而生，而此 電子的移動又產生了電流，也就是在 PN 處 產生電位差。
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- 15. CIGS基本概念介紹 CIGS為一種極具潛力的太陽能電池吸收層材料。具有以下優點:低 成本、高光吸收係數（105 cm-1）、壽命長及近20％光電轉換效率。 CIGS是為一種黃銅礦（Chalcopyrite）結構。沒有摻雜Ga等元素的 CuInSe2，其能隙值約1.01 eV。加入Ga後其能隙值依其百分比可在 1.17 eV~1.20eV之間調變，最佳比例（Ga/In+Ga）＝0.25~0.30 ，具有 最佳轉換效率。 Ga的掺雜可調節能隙值且S的塡加使價帶位置向下偏移，均會導致 能隙值（Eg）增加，對元件的光電轉換效率有很大的好處。
- 16. CIGS基本概念介紹 Efficiencies of VariousCells（Small Area） • Single-crystal Si:24.7%（Wafers） • Polycrystal Si:19.8%（Slices） • Amorphous Si:14.5%（Thin Films） • GaAs:25.7（Wafers） • CIGS:19.5%*（Thin Films）*nrel conformed • InGaP/GaAs/InGaAs tandem cell:33.3（Wafers） • Ga（In）N tanden cell:>50%（May Be In The Future）
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- 18. CIGS基本概念介紹 左圖為CIS （Chalcopyrite ; CuFeS2）晶體結構，其 中： A=Cu B=In或Ga替換原子 C=Se
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- 21. 掃描式電子顯微鏡基本介紹 掃描式電子顯微鏡，其系統設計由上而下，由電 子槍 (Electron Gun)發射電子束，經過一組磁透鏡 聚 焦 (Condenser Lens) 聚 焦 後 ， 用 遮 蔽 孔 徑 (Condenser Aperture) 選擇電子束的尺寸(Beam Size) 後，通過一組控制電子束的掃描線圈，再透過物 鏡 (Objective Lens) 聚焦，打在試片上，在試片的 上側裝有訊號接收器，用以擇取二次電子 (Secondary Electron) 或 背 向 散 射 電 子 (Backscattered Electron) 成像。
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- 24. 四、製程介紹 CIGS製程介紹 在CIGS吸收層的製備上有以下幾種方法： 1.多元素共蒸鍍
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- 28. 五、實驗設備及器材 製程設備: 1. 混生濺鍍/蒸鍍系統 分析設備: 1.XRD（見單元實驗三） 2.VV-SEM
- 29. 六、實驗步驟 本實驗綜合上述2及3的方法使用CIG合金靶及Se蒸鍍源 CIG合金靶，比例為Cu/(In, Ga)= 1.0 基板直接夾在加熱器上，以獲得熱損失更少的效果 Heater/Holder Sputtering Source Evaporation Source HV系統腔體簡易示意圖
- 30. 1. 使用康寧玻璃（硼矽玻璃）做 Glass 為基板，其可使用在高溫 （800℃）製程且穩定性佳，不 易影響薄膜性質的優劣 2. Mo 使用UHV系統在玻璃基板上鍍 Glass Mo，工作壓力為0.1~0.2 Pa，功 率200W 3. CIG Mo 使用HV系統在玻璃基板上濺鍍 Glass CIG合金薄膜前驅物，工作壓力 為0.2 Pa，功率80W
- 31. 4. Se 使用鎢舟做為蒸鍍源，先以功 CIG 率90W進行預熱，再以120W進 Mo 行蒸鍍，壓力在7x10-3~3x10-2 Glass Pa之間 100℃擴散處理 5. Se CIG +Se 100℃擴散處理30 min以使Se填 Mo 補進入粗糙的CIG薄膜，蒸鍍功 Glass 率維持80W以補充Se的損失 450~550℃硒化處理 6. CIGS 450~550℃硒化處理20 min，使 Mo CIG +Se擴散薄膜及部份Se轉成 Glass CIGS，蒸鍍功率維持80W以補 充Se的損失