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1、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 Multijuctio
2、n)(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
3、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(0.05
4、m),純質氧化鋅,TCO(ZnO:Al)(0.51.5m),透明導電層,頂端電極 Ni/Al,Sputter,Vacuum methodNon-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/Pol
5、ymer,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(Electro
6、deposition)(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 thesubstrate temperature was ramped up to 580.3.In,Ga and Sewere coevaporated still at 580，The samples
7、 were then cooled in Seatmosphere 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
8、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
9、,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
10、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件特性國東華大學光電工程研究所碩士文-硒化銅銦鎵薄膜太陽能電池中緩衝層的製備與特性分析工研院材與化工研究所-銅銦鎵硒薄膜太陽能電池技術與應用趨勢中央大學光電系:陳昇暉-薄膜在太陽能上的應用TIME雜誌Nanosolar 薄膜太陽能電池從量產印刷式CIGS型太陽能電池看Nanosolar的技術突破點與銷售策略,
