透明导电氧化物应用於矽薄膜太阳电池前电极之技术发展

1、版權所有 翻印必究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)指導教授：林克默 博士報告學生：郭俊廷報告日期：2010/12/27工業材料雜誌 281 期 2010/05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副組長版權所有 翻印必究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(LPC

2、VD) 結論22022/3/24STUT 太陽能材料與模組實驗室版權所有 翻印必究常壓化學氣相沉積(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)3APCVD 示意圖 - 日廠AGC用此方法量產Asahi U-Type Glass，供a-Si薄膜太陽電池用。2022/3/24STUT 太陽能材料與模組實驗室 2009 - AGC 在日本舉辦之 PV EXPO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。版權所有 翻印必究 半球狀(2m ) Texture 增加長波段的散射 半球

3、狀上較小的Texture 增加短波段的散射 使波長在3001200nm皆得到高Haze4TCOJsc(QE)mA/cm2ComparisonType-U13.41.00W-tex D18.11.35W-tex C15.11.13W-tex B14.31.06a-Si:1.7 eVc-Si:1.1 eV2022/3/24STUT 太陽能材料與模組實驗室版權所有 翻印必究濺鍍系統(Sputter Deposition System)濺鍍模式：直流濺鍍(DC Sputter)、射頻濺鍍(RF Sputter)、中頻濺鍍(MF Sputter)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

4、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。52022/3/24STUT 太陽能材料與模組實驗室版權所有 翻印必究利用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。6*Oliver Kluth, etc. al, Thin Solid Films, 442 (2003) 80. 2022/3/24STUT 太陽能材料與模組實驗室1974 Thornton 提出基材溫度與沉積壓力對金屬薄膜性質之影響2001 Oliver Kluth, etc.

5、al修正 Thornton Model 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。版權所有 翻印必究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。7第II區的薄膜型態相較之下有較好的量子效率。2022/3/24STUT 太陽能材料與模組實驗室版權所有 翻印必究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

6、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(20200Torr)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。82022/3/24STUT 太陽能材料與模組實驗室版權所有 翻印必究利用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。9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：To

7、tal transmissionDT：Diffuse transmission*S. Fay, etc. al, Solar Energy Materials & Solar Cells, 90 (2006) 2960.2022/3/24STUT 太陽能材料與模組實驗室版權所有 翻印必究 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。10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)2022/3/24STUT 太陽能材料與模組實驗室版權所有

8、翻印必究結論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。11濺鍍低壓化學氣相沉積常壓化學氣相沉積基板溫度200300100200500600沉積速率較慢較高電阻率2.410-4(Al:ZnO)1110-3 (B:ZnO) 21.410-4(F:ZnO)3國外具代表性研究機構與廠商JulichInstitute of Mircotechnology-國外具代表性廠商Leybold Optics ULVACOerlikonAGCNSG備注需外加蝕刻製程，均勻性控制機台流場均勻度設計專利突破2022/3/24STUT 太陽能材料與模組實驗室1 S. Suzuki, etc. al, Thin Solid Films, 434 (2003) 14192 Sylvie Fa , Thin