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研究生: 黃煜清
Huang, Yu-Ching
論文名稱: 以電漿離子佈植提升氧化鋅薄膜光電特性之研究
The Investigation for Improving Optical and Electrical Properties of ZnO Thin Films by Plasma Immersion Ion Implantation
指導教授: 寇崇善
Kou, Chwung-Shan
口試委員: 劉偉強
周賢鎧
寇崇善
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 78
中文關鍵詞: 透明導電氧化物氧化鋅氫氣電漿處理
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  • 摘要
    本論文使用電漿離子佈植(plasma immersion ion implantation, PIII)系統,對矽薄膜太陽電池用之透明導電薄膜:氧化鋅-硼(ZnO:B)進行電漿處理。實驗初期觀察到薄膜經由氫氣電漿處理過後電阻率有下降的現象,以此現象作為實驗的開端,調整電漿系統的兩個參數;試片偏壓及處理時間,觀察薄膜處理前後的材料特性變化。主要目的是希望藉由氫電漿處理,調變出適合矽薄膜太陽能電池用之透明導電膜,提高太陽電池的光電轉換效率。
    本論文的最佳化電漿處理可將ZnO:B薄膜的電阻率由原本的2.17×10-3(Ω-cm)降為1.1×10-3(Ω-cm)。由進一步的材料分析推測是由於氫正離子與薄膜中的氧形成氫氧鍵(OH-),進而提供自由載子,降低電阻率。在試片偏壓為1kV,拉長電漿處理時間至75分鐘後,400-1200nm的平均穿透率可由原本的78.3%提升到84.1%,反射則由8.9%降至7.3%,霧度與原本相比可增加約46%。由SEM觀察得到的表面形貌推測,是因為原本金字塔狀的晶粒,經處理過後產生更細微的次波長結構(或稱蛾眼效應),使得光線進到漸變的折射率材料時,較感受不到折射率的變化,進而有效降低反射並且提高穿透率,另外也由於此種微結構造成薄膜對光線的散射能力變好,提升霧度。由上述的調變結果,成功使薄膜的電阻率下降、穿透率提升,並且提升薄膜對光線的散射能力,希冀結合電、光性及表面形貌三者之優化,能有效降低矽薄膜太陽電池的串聯電阻,提升光電流,最終能對矽薄膜太陽電池的轉換效率有所幫助。


    誌謝 1 摘要 7 第一章 緒論 9 1-1. 薄膜太陽能電池發展概況[1-1] 9 1-2. 碲化鎘(CdTe)太陽電池-成長最快[1-1] [1-2] 11 1-3. 銅銦鎵硒(CIS/CIGS)太陽電池-深具潛力[1-2] 12 1-4. 矽薄膜太陽電池-仍為目前主流[1-2] 12 1-5. 研究動機 13 第二章 文獻回顧 15 2-1. 透明導電膜的發展與應用[2-1] 15 2-2. 薄膜太陽能電池用之透明電極[2-2] 17 2-3. 氧化鋅用途簡介[2-2] 20 2-4. 氫電漿處理氧化鋅薄膜 28 2-5. 電漿離子佈值(PIII)[2-33][2-34] 29 2-6. 研究方法 30 第三章 實驗設備與分析儀器 31 3-1. 電漿離子佈植系統[3-1] 31 3-2. 掃描式原子顯微鏡[3-2] 34 3-3. 掃描式電子顯微鏡[3-3] 34 3-4. 霍爾量測系統[3-4] 35 3-5. 四點探針[3-4] 37 3-6. 紫外/可見/近紅外光-霧度光譜儀 38 3-7. 化學能譜儀[3-2] 39 3-8. X光繞射儀[3-6] 40 3-9. 接觸角量測系統[3-7] [3-8] 40 第四章 實驗方法 42 4-1.實驗樣品準備 42 4-2. 實驗流程 43 4-3. 實驗步驟 44 第五章 實驗結果與分析 46 5-1. 實驗順序與電漿系統參數調變 46 5-2. 各種氣體電漿處理之影響 47 5-3. 試片負偏壓之影響 48 5-4. 電漿處理時間之影響 57 5-5. 二階段式電漿處理之影響 66 第六章 總結與未來展望 72 6-1. 總結 72 6-2. 未來展望 73 參考文獻 75

    第一章
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    士論文,民國97年6月。
    第三章
    [3-1] 蔡振明,電漿離子佈植中鞘層動態分析及其應用,國立清華
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    [3-2] 汪建民,材料分析,中國材料科學學會,民國87年。
    [3-3] 陳育成,以電漿輔助化學氣相沉積法在聚對苯二甲酸乙二醇
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    第五章
    [5-1] 謝才淵,利用退火及電漿製程以提昇導電度之研究,國立台灣大學電機資訊學院光電工程學研究所碩士論文,民國97年8月。
    [5-2] Kang-Soo Han et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, vol.94, 583 (2010).
    [5-3] J.Y. Chen et al., Thin Solid Films, vol.519, 5194 (2011).

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