Browsing by Author "劉沛淇"

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    原子層沉積寬能隙氧化鋅錫緩衝層用於高效/環境友善之銅鋅錫硫硒太陽能電池
    (2021) 劉沛淇; Liu, Pei-Chi
    銅鋅錫硫硒(CZTSSe)薄膜太陽能電池由地球豐富且無毒的元素組成，是低成本且高產能的可再生能源。因CZTSSe太陽能電池常使用含有毒的硫化鎘做為N型緩衝層，其能隙較窄（約2.4eV），會吸收短波長之可見光，減少太陽能電池的光電流。為避免上述問題，本論文選擇使用寬能隙且對環境友善的緩衝層-氧化鋅錫(ZnSnO)取代有毒的硫化鎘。首先，藉由原子層沉積法來成長氧化鋅錫，目的藉由它能精準控制薄膜厚度且使薄膜大面積均勻地鋪覆，填補CZTSSe異質接面的孔隙，大幅減少介面的缺陷。我們選用超循環法來合成三元化合物-氧化鋅錫。並透過X-射線光電子能譜證明超循環法的成長方式可調控氧化鋅錫之Sn/(Zn+Sn)比例。接著，各別分析錫含量15%、20%、30%及40%的氧化鋅錫的能隙、能帶位置、載子濃度。在能隙方面，氧化鋅錫皆大於3eV，增加元件短波長處的光子吸收。我們用紫外光光電子能譜量測不同比例的氧化鋅錫能帶位置，計算與CZTSSe的導帶位置差異，由文獻得知其差異介於0~0.4eV，是較理想的情況。發現錫含量30%的氧化鋅錫有相差最小的導帶差異且為小尖峰態，有助於抑制介面載子複合，提升開路電壓及填充因子。同時對異質接面的材料與CZTSSe的晶格常數匹配對效率之影響性做討論，推測在富含硫硒的CZTSSe表面上沉積氧化鋅，易產生晶格匹配的硫化鋅介面，有助於鈍化介面缺陷以減少非輻射複合，對整體元件之開路電壓、串聯電阻有所改善。另外，透過電化學量測氧化鋅錫薄膜之載子濃度有1017cm-3 以上，易擴大空乏區，促使電子電洞對分離。綜合上述結果，皆是促使太陽能電池轉換效率能夠達到提升的重要因素。通過原子層沉積形成30% 錫含量的寬能隙氧化鋅錫緩衝層在CZTSSe太陽能電池表現優秀，其亮、暗電流間，無交叉現象，表示P-N接面處缺陷較少。在經過鍍製抗反射層MgF2 以減少光源反射出去，其開路電壓可達0.523 V，填充因子有53.51％，短路電流密度提升至35.16 mA/cm2。最終達到電池轉換效率9.83% (有效面積計算為10.86%)的高效率且環境友善的銅鋅錫硫硒薄膜太陽能電池。