銅鋅錫硫硒薄膜載子動力學與光伏元件特性研究

近年來，銅鋅錫硫硒因為環保以及材料成本優勢吸引大量研究團隊投入基礎研究，也逐步提升其太陽光電轉換效率。然而此材料的載子傳輸機制仍有許多爭議及還未深入研究的謎團，特別是以真空法製備的元件效率尚待突破。因此本計劃目的是以蒸濺鍍後硫硒化進行銅鋅錫硫硒製作，並進一步研究材料微結構與光電特性，實現高效率銅鋅錫硫硒光伏元件；其研究範疇兼具基礎理論與實務製作。在基礎理論方面將探討載子動力學，以及晶界處的缺陷型態與載子傳輸特性的關聯性；另一方面在元件製作上，引入異質緩衝層與半導體奈米結構，嘗試製作出既環保且高效率的太陽能電池，冀望突破銅鋅錫硫硒材料的應用端限制。本三年期計劃目的在於運用「合金後硒硫化」，進行高效率銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池製作。第一年主要以蒸濺鍍後硫硒化法進行高品質銅鋅錫硫硒薄膜合成，改變前驅物比例與硫化參數來製作高品質銅鋅錫硫(硒)薄膜，且減少二次相之形成。除了藉由光學、電性、薄膜結構、表面型貌等量測建立材料基本資料庫外，並配合模擬軟體設計結果，尋求最佳化之製程參數設定，年度目標能製備效率大於6%之太陽能電池。第二年主要進行無鎘銅鋅錫硫薄膜太陽能電池製作，且希望製備效率大於8%，同時以噴塗方式將量子點噴塗在緩衝層上，這部份對於無毒太陽能電池在短波長轉換率偏低的改善有很大的助益。第三年主要研究工作是將微奈米結構表面技術運用於銅鋅錫硫硒太陽能電池上，兼具降低反射率與入射角度相依性；另外也將各種微奈米製程技術進行低維度奈米結構製作，製作奈米柱太陽能電池。此項目之成果可以使銅鋅錫硫硒太陽能電池具有生產效亦且有實質性的進展。預期計劃完成時的銅鋅錫硫硒太陽能電池效率能大於10%。

系統編號:PA10408-0738
原計畫編號:MOST104-2112-M182-005