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薄膜在CIGS thin film solar cells 的應用 指導教授：許進明 學生：林怡君 學號：M97L0224 Outline 薄膜太陽能電池的種類 CIGS簡介 CIGS優勢條件 CIGS太陽能電池元件結構 Nanosolar 薄膜太陽能電池 引用 薄膜太陽能電池的種類 (1) 非晶矽(Amorphus Silicon , a-Si) (2) 微晶矽(Nanocrystalline Silicon，nc-Si，or Microcrystalline Silicon，uc-Si) (3) 銅銦硒化物(CIGS /CIS) (4) 碲化鎘(CdTe) (5)多接面砷化鎵 (GaAs Multijuction) (6) 有機導電高分子(Organic solar cells) (a)染料敏化(Dye-Sensitized Solar Cell , DSSC) (b)高分子 (polymer) CIGS簡介 銅銦鎵硒 CIGS(Copper Indium Gallium Selenium)屬於化合物半導體，CIGS隨著銦鎵含量的不同，其光吸收範圍可從1.02ev至1.68ev。 若是利用聚光裝置的輔助，目前轉換效率已經可達30%，標準環境測試下元件轉換效率19.5%，採用軟性塑膠基板的最佳轉換效率也已經達到14.1%。 美國「Nanosolar」公司達成重大突破，研發出roll to roll的方式-CIGS薄膜太陽能電池，不僅輕巧、可塑性高，更適合大量生產，能大幅降低成本。 CIGS優勢條件 優於單晶光伏元件的要素: (1)成本低 (2)製程能源需求低 (3)大面積元件高效率 (4)量產成品高良率 (5)應用範圍廣泛 (玻璃基板、不銹鋼、 塑膠聚合物、錫箔等 可撓式基板)。 優於其他薄膜光伏元件的要素: (1)元件轉換效率最高 (2)穩定度與抗輻射特性良好 (3)無環境污染以及量產阻礙 問題 (4)無法克服劣質p 型吸收層 歐姆接點 CIGS太陽能電池元件結構 CIGS太陽能電池元件結構 通常使用鈉玻璃(Soda-lime) 基板，鈉玻璃除了價格便宜外，熱膨脹係數與CIGS 吸收層薄膜相當接近。 在成長薄膜時，因基板溫度接近鈉玻璃的玻璃軟化溫度，所以鈉離子將會經過鉬金屬薄膜層擴散至吸收層。 當鈉離子跑至CIGS 薄膜時，會使薄膜的晶粒變大，且增加導電性，降低串聯電阻。 CIGS太陽能電池元件結構 利用直流濺鍍或者電子束蒸鍍的方式沈積一層鉬(Mo)當作背電極，接正極。 鉬金屬與CIGS薄膜具有良好之歐姆接觸特性，此外鉬金屬薄膜具有高度的光反射性、低電阻。 CIGS太陽能電池元件結構 吸收層CIGS 本身具黃銅礦結構(Chalaopyrite)，可以藉由化學組成的調變直接得到P-type 或者是N-type 。 Vacuum method (1) 共蒸鍍(Co-evaporation) (2) 濺鍍(Sputtering ) Non-Vacuum method (1) 電鍍(Electrodeposition) (2) 塗佈製程(Coating Process) Vacuum method- Co-evaporation CIGS太陽能電池元件結構 緩衝層硫化鎘可用來降低ZnO 與CIGS 間之能帶上的連續(band discontinuity) 。 使用化學水浴沉積法(chemical bath deposition，簡稱CBD) 成長可提供CIGS 上表面平整的均勻覆蓋。 緩衝層要求高透光率，以便能使入射光順利進入主吸收層材料被有效的吸收。 化學水域沉積法 CIGS太陽能電池元件結構 透明導電膜(TCO) 要低電阻、高透光率，但ZnO 本身是高電阻材料，因此外加鋁重摻雜氧化鋅(ZnO: Al) 改善其電性，但是會降低透光率，因此須在此找到最適合的摻雜濃度 。 多半利用RF 濺鍍法(RF sputter)達成鍍膜。 CIGS太陽能電池元件結構 蒸鍍上鎳/鋁(Ni/Al)金層當作頂層電極，接負極。 Nanosolar 薄膜太陽能電池 是世界上第