商用铜铟镓硒粉末细化制程中之相变反应与薄膜致密化及其特性之.PDF

中國鑛冶工程學會 106 年年會 商用銅銦鎵硒粉末細化製程中之相變反應與薄膜緻密化及其特性之研究 1 2 3 *吳羽千 向性一 楊長庭 1 國立成功大學 資源工程學系 研究 生 2 國立成功大學 資源工程學系 教授 3 國家同步輻射研究中心 博士後研究員 本研究以漿料塗佈製程製備高品質之硒化銅銦鎵(CuIn0.7Ga0.3Se2 ；CIGS) 薄膜太陽能 電池之吸光層，利用 X 光繞射儀(XRD) 、掃描式電子顯微鏡(SEM) 、穿透式電子顯微鏡 (TEM)及霍爾效應分析儀(Hall Effect Analyzer )分析CIGS 薄膜之結晶相、顯微結構與電 性。研究中將直接升溫法合成之奈米級CIGS 粉末，以己硫醇為溶劑調配成漿料，添加 可於保護氣氛 (N2 ，Se)下低溫裂解揮發之丙烯酸型(acrylate)黏結劑，藉由原地型包覆 (in-situ capping) 製備出分散性良好之CIGS 奈米漿料，再以旋鍍及膠體膠凝(colloidal gelling)技術，製作 CIGS 薄膜。探討不同燒結條件對CIGS 薄膜之緻密化、晶粒成長及 電性之影響。 關鍵詞：銅銦鎵硒、奈米研磨、丙烯酸、膠體膠凝、熱處理。 壹、前 言 自 1974年美國貝爾實驗室提出藉由CuInSe 材料為吸光層獲得高達12%之光電轉換 2 效率的太陽能電池後，CuIn Ga Se (CIGS) 薄膜太陽能電池已快速從實驗室規模展開到 x 1-x 2 [1-3] 大規模量產 。CIGS與其他太陽能電池相較，除了使用不同材料外，尚有兩大特徵， 其一是其光電轉換層厚度能薄至1-2 μm ，不但可降低材料成本、節省製造時所需投入之 能源外，且可製作可撓式太陽能電池。其二為目前在實驗室所製之 CIGS 薄膜太陽能電池 其光電轉換效率可達25.9% ，而經大規模生產下之產品，其光電轉換率仍有13%[4-7] 。現 今之CIGS 薄膜太陽能電池之製備方法分為真空製程與非真空製程。真空製程在成本上相 對昂貴，且大面積生產不易，為克服此問題，許多研究積極開發非真空製程，漿料塗佈 [8-10] 法 直接使用硒化物奈米粉末作為原料，透過膠體製程製備硒化銅銦鎵薄膜，可大幅 降低薄膜太陽能電池之生產成本，克服反應過程中薄膜成分不均勻的問題，並避免使用 毒性較強之H Se硒化製程。 2 CIGS 薄膜太陽能之光電轉換層厚度僅為1-2 μm ，因此在製備CIGS 薄膜時所使用之 粉末粒徑需接近於奈米等級。本實驗室成功利用直接升溫熱分解(heating-up) 法成功製備 CIGS四元化合物，並獲得平均粒徑約10~30nm、單分散之單一相CuIn Ga Se 粉末[11,12] 。 0.7 0.3 2 本研究使用直接升溫熱分解法製成之CIGS粉末做為原料，以己硫醇為溶劑調配成漿 料，添加可於保護氣氛(N2 ，Se)下低溫裂解揮發之丙烯酸型(acrylate)黏結劑，藉由原地 型包覆(in-situ capping) 製備出分散性良好之CIGS奈米漿料，再以旋鍍及膠體膠凝 (colloidal gelling)技術，製作CIGS 薄膜。研究CIGS吸光層在保護氣氛 (N2 ，Se)下低溫燒 除黏結劑時之熱裂解行為，以及不同燒結條件對 CIGS 薄膜之緻密化、晶粒成長及電性之 影響。