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透明導電氧化物應用於矽薄膜太陽電池前電極之技術發展 ( 下 )

工業材料雜誌 281 期 2010/05. 透明導電氧化物應用於矽薄膜太陽電池前電極之技術發展 ( 下 ). 吳建良 C.L. Wu 1 , 楊宏仁 H.J. Yang 2 , 黃建福 C.F. Huang 3 , 葉峻銘 C.M. Yeh 4 , 陳頤承 Y.C. Chen 5 工研院太電中心 (PVTC/ITRI) 1 副工程師、 2 工程師、 3 副研究員、 4 經理、 5 副組長. 指導教授：林克默 博士 報告學生：郭俊廷 報告日期： 2010/12/27. Oultine. 前電極 TCO 製作方法 常壓化學氣相沉積 (APCVD)

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透明導電氧化物應用於矽薄膜太陽電池前電極之技術發展 ( 下 )

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  1. 工業材料雜誌 281 期 2010/05 透明導電氧化物應用於矽薄膜太陽電池前電極之技術發展(下) 吳建良 C.L. Wu1, 楊宏仁 H.J. Yang2, 黃建福 C.F.Huang3, 葉峻銘 C.M.Yeh4, 陳頤承 Y.C. Chen5 工研院太電中心(PVTC/ITRI) 1副工程師、2工程師、3副研究員、4經理、5副組長 指導教授：林克默 博士 報告學生：郭俊廷 報告日期：2010/12/27

  2. Oultine • 前電極TCO製作方法 • 常壓化學氣相沉積(APCVD) • 濺鍍系統(Sputter Deposition System) • 低壓化學氣相沉積法(LPCVD) • 結論 STUT 太陽能材料與模組實驗室

  3. 常壓化學氣相沉積(APCVD) • 在接近大氣壓力的狀況下進行化學氣相沉積 優點：高沉積速率、薄膜均勻性佳 缺點：常壓下易產生氣相反應(薄膜產生微粒)、高溫製程(成本高) APCVD 示意圖 - 日廠AGC用此方法量產Asahi U-TypeGlass，供a-Si薄膜太陽電池用。 • 2009-AGC 在日本舉辦之 PVEXPO展示不同散射程度(長波段)的玻璃，以符合微晶矽和堆疊式太陽池使用。 STUT 太陽能材料與模組實驗室

  4. 半球狀(~2μm) Texture–增加長波段的散射 • 半球狀上較小的Texture– 增加短波段的散射 • 使波長在300~1200nm皆得到高Haze a-Si:1.7eV μc-Si:1.1eV STUT 太陽能材料與模組實驗室

  5. 濺鍍系統(Sputter Deposition System) • 濺鍍模式：直流濺鍍(DCSputter)、射頻濺鍍(RFSputter)、中頻濺鍍(MFSputter) • 濺鍍鍍膜機制：產生電漿→電漿內的離子加速衝擊靶材→靶材原子被擊出並吸附在陽極上的基板。 • 被吸附在基板上原子會依成核→晶粒成長→晶粒聚集→縫道填補→薄膜成長，形成與靶材成分相似的薄膜。 STUT 太陽能材料與模組實驗室

  6. 利用sputter沉積之TCO薄膜非常平坦，不適合做前電極用，須透過蝕刻製程(HCl-0.5wt.%)蝕刻不平整的表面，來增加光的散射。利用sputter沉積之TCO薄膜非常平坦，不適合做前電極用，須透過蝕刻製程(HCl-0.5wt.%)蝕刻不平整的表面，來增加光的散射。 • 1974 Thornton 提出基材溫度與沉積壓力對金屬薄膜性質之影響 • 2001Oliver Kluth, etc. al修正 ThorntonModel 應用於濺鍍成長AZO薄膜。 • A- 導電性差、蝕刻後表面粗糙度低，光散射沒有增益。 • C-沉積後TCO較緻密，難蝕刻。 *Oliver Kluth, etc.al,Thin Solid Films, 442 (2003) 80. STUT 太陽能材料與模組實驗室

  7. B.Rech等人提出Al2O3於靶材的摻雜量與基板溫度位於蝕刻後薄膜表面的影響。B.Rech等人提出Al2O3於靶材的摻雜量與基板溫度位於蝕刻後薄膜表面的影響。 • 第I區：蝕刻速率快，散射性差。 • 第II區：有不規則凹洞，分佈均勻佳。 • 第III區：蝕刻速率慢、凹洞尺寸大、分布不均，散射性也差。 第II區的薄膜型態相較之下有較好的量子效率。 STUT 太陽能材料與模組實驗室

  8. 低壓化學氣相沉積法(LPCVD) • 低壓化學氣相沉積操作壓力約100Torr之下不需高溫，可在低溫的表面反應控制區操作。 • 優點：可避免先驅物寄生(Parasitic)反應、低壓可使反應傾向在基板表面進行、在低壓(20~200Torr)沉積GaAs薄膜時，降低磊晶溫度。 • 缺點：分子碰撞頻率低、碳汙染問題。 LPCVD沉積ZnO： 常用DMZ(二甲基鋅)或DEZ (二乙基鋅)為先驅物，過程中通入O2、H2O、THF(四氫呋喃)、N2O作為氧化劑，再摻入B2H6(乙硼烷)增加導電性。 STUT 太陽能材料與模組實驗室

  9. 利用LPCVD沉積ZnO的晶相為(110)，使沉積在玻璃基板的薄膜形成不規則的凹凸表面。利用LPCVD沉積ZnO的晶相為(110)，使沉積在玻璃基板的薄膜形成不規則的凹凸表面。 • 控制薄膜的厚度，即可控制表面特徵尺寸。 • 特徵尺寸越大，光散射能力越強。 TT：Totaltransmission DT：Diffusetransmission *S. Fay, etc. al, Solar Energy Materials & Solar Cells, 90 (2006) 2960. STUT 太陽能材料與模組實驗室

  10. 摻雜量會影響特徵尺寸大小，摻雜原子會抑制特徵尺度的大小。摻雜量會影響特徵尺寸大小，摻雜原子會抑制特徵尺度的大小。 • 厚度越厚，長波段的光散射能力也越佳，作為微晶矽之TCO前電極，反應出的量子效率，在長波段範圍的量子效率也越大。 • Jsc：10.4 to 13.4 mA/cm2(550-1000nm) STUT 太陽能材料與模組實驗室

  11. 結論 • TCO對矽薄膜太陽電池扮演關鍵角色，不論何種技術，均朝高穿透、高導電性發展。 • 對矽薄膜太陽能電池，需考慮TCO的散射程度高低，與其表面形貌是否適合矽層的成長。 • 近幾年來，各家廠商均朝降低成本的目標前進，以降低太陽電池單位面積的成本，進而使每瓦發電成本小於$1/Wp。 • [1] S. Suzuki, etc. al, Thin Solid Films, 434 (2003) 14–19 • [2] Sylvie Faÿ , Thin Solid Films, 515 (2007) 8558 – 8561 • [3] CVD Equipment Corporation : http://www.cvdepuipment.com STUT 太陽能材料與模組實驗室

  12. Thank you for your attention. STUT 太陽能材料與模組實驗室

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