薄膜在CIGSthinfilmsolarcells的应用.ppt

1,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：M97L0224,2,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,3,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)染敏化(Dye-Sensitized Solar Cell , DSSC) (b)高分子 (polymer),4,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。,5,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 (4)產成品高 (5)應用範圍廣泛 (玻璃基板、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)元件轉換效最高 (2)穩定與抗射特性良好 (3)無環境污染以及產阻礙 問題 (4)無法克服質p 型吸收層 歐姆接點,6,CIGS太陽能電池元件結構,Glass / Stainless Steel / Polymer,基板,CIGS (1.52m),Mo (0.51.5m),背電極,吸收層,CdS(0.05m),緩衝層,i-ZnO(0.05m),純質氧化鋅,TCO (ZnO:Al)(0.51.5m),透明導電層,頂端電極 Ni / Al,Sputter,Vacuum method Non-Vacuum method,Chemical Bath deposition,Sputter,7,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。,Glass / Stainless Steel / Polymer,8,CIGS太陽能電池元件結構,用直濺鍍或者電子束蒸鍍的方式積一層鉬(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。,Glass / Stainless Steel / Polymer,Mo (0.51.5m),9,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),Glass / Stainless Steel / Polymer,CIGS (1.52m),Mo (0.51.5m),10,Vacuum method- Co-evaporation,1. In, Ga and Se were Co evaporated at 400 2. Cu and Se were codeposited while the substrate temperature was ramped up to 580 . 3.In, Ga and Se were coevaporated still at 580 ，The samples were then cooled in Se atmosphere down to 250 ,3-stage process,11,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。,Glass / Stainless Steel / Polymer,CIGS (1.52m),Mo (0.51.5m),CdS(0.05m),12,化學水域沉積法,化學水浴沉積法 (Chemical bath deposition) 是一種製備半導體薄膜的技術，方法是將基板浸入含有金屬離子及OH-、S2- 或Se2- 離子的水溶液中，藉由控制水溶液的溫度及pH 值，使金屬離子與OH-、S2- 或Se2- 離子產生化學反應，形成化合物半導體沉積在基板上。,13,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 。 多半用RF 濺鍍法(RF sputter)達成鍍膜。,Glass / Stainless Steel / Polymer,CIGS (1.52m),Mo (0.51.5m),CdS(0.05m),i-ZnO(0.05m),TCO (ZnO:Al)(0.51.5m),14,CIGS太陽能電池元件結構,蒸鍍上鎳/鋁(Ni/Al)層當作頂層電極，接負極。,Glass / Stainless Steel / Polymer,CIGS (1.52m),Mo (0.51.5m),CdS(0.05m),i-ZnO(0.05m),TCO (ZnO:Al)(0.51.5m),15,Nanosolar 薄膜太陽能電池,是世界上第一個印製而成的薄膜太陽電池，也是世界上第一個最低售價的太陽能板。 在金屬基板上將半導體塗料利用印刷技術量產的薄膜太陽電池。 是目前最簡單、快速且產量最大，但相對成本較低的製程技術 。,16,捲軸式(roll to roll)的CIGS太陽能電池,將銅銦鎵硒奈米粉體直接噴灑於鋁箔上，而鋁箔的導電率是不鏽鋼的20倍，可當作下電極 。 利用捲軸式(roll to roll)的方式印製，將這些粉體依正確的原子比例完整且均勻的沉積於基板上。 其結構與傳統之CIGS電池相似，但成本卻降至傳統電池的一半以下。,17,引用,國東華大學光電工程研究所碩士文-影響硒化銅銦鎵太陽能電池表現之元