使用濺鍍及硫(硒)化法製作銅鋅錫硫/銅鋅錫硫硒太陽能電池之研究

薄膜型太陽能電池的材料使用量非常少，且可在價格低廉的塑膠、銅帶及不鏽鋼基板上製造，甚至可用捲軸方式大量生產大面積及低成本的薄膜型太陽能電池於軟性基板上，使得近幾年來各種薄膜型太陽能電池的研究普遍受到重視。其中以銅銦鎵硒及碲化鎘太陽能電池最受矚目，First Solar 公司生產的碲化鎘太陽能電池，2011 年年產量將超過2GW，而Solar frontier 公司生產的銅銦鎵硒太陽能電池，2012 年年產量將超過1GW。面對未來越來越大的產能當到了TW 時代時，含有昂貴的銦及地球存量少的碲元素之銅銦鎵硒及碲化鎘太陽能電池將面臨嚴重的材料短缺與價格太高的挑戰。因此開發低材料成本及使用地球存量豐富的元素為材料的太陽能電池將是刻不容緩，銅鋅錫硫太陽能電池是一個值得研究的課題，使用的無毒元素地球存量豐富且材料價格低廉，加上目前轉換效率已達10.1%，未來前景可期。因此本計畫將研究銅鋅錫硫太陽能電池，然而目前銅鋅錫硫太陽能電池面臨兩個主要問題:一是低的填充因子表示串聯電阻太大，可能的原因是組成比例不均勻、背電極附近形成高電阻的硫化鋅的顆粒或是於背電極接面形成能障；另一是低的開路電壓表示漏電流太大，可能的原因是硫化鎘與銅鋅錫硫介面產生很多複合中心，或是銅鋅錫硫表面形成硫化錫二元相提供漏電路徑。針對這些問題本計畫將參考文獻上高轉換效率之金屬組成比例，約在Cu/(Zn+Sn)=0.85、Zn/Sn=1.2、Cu/Sn=1.8~1.9 及Zn/(Cu+Zn+Sn)= 0.25~0.31 範圍內，利用疊層厚度控制金屬組成比例，並以濺鍍法濺鍍多週期性的Cu/SnS/Cu/ZnS/Cu 薄層堆疊製作金屬前驅物，使用這種疊層順序的優點是可以避免表面SnS 二元相及背電極介面有ZnS 高阻層存在，很薄的疊層及多週期堆疊是讓金屬互相擴散的更好。然後搭配濺鍍參數功率、壓力及基板溫度的控制或是後退火處理確保金屬層間均勻擴散，再予以硫化。並研究硫化溫度曲線對於銅鋅錫硫吸收層特性的影響，觀察並調整金屬組成比例是否位於範圍內，透過本方法適當的控制製程參數應可降低串聯電阻。至於改善硫化鎘與銅鋅錫硫介面的品質擬先研究銅鋅錫硫表面處理，使用去離子水的浸泡、氰化鉀或氰化鈉等化學溶液處理，然後再比較幾種不同的化學水浴法溶液對於介面特性的影響，尋求一個較佳介面的成長溶液。最後也將研究硫化後再硒化的薄膜品質，探討硫硒比例的影響及銅鋅錫硫硒太陽能電池提高轉換效率的原因。

系統編號:PB10108-2821
原計畫編號:NSC101-2221-E182-068