應用化學水浴法製備CuInGaS2及CdS半導體薄膜與其光電性質研究

本研究利用設備便宜、操作簡單、可大面積薄膜製程之化學水浴沉積法（Chemical Bath Deposition，CBD），將Ga摻雜在CuInS2半導體光觸媒薄膜中於ITO（indium–tin–oxide）導電玻璃上，改變pH值、鍍膜溫度、摻雜Ga的量，以獲得良好CuInGaS2半導體薄膜之操作參數。在XRD分析中，薄膜結構會隨著pH值減少而逐漸形成單晶之CuInS2。由SEM可知，鍍膜溫度越高及Ga含量越多，薄膜顆粒越小，表面會越平坦且薄膜厚度亦會增加。以紫外光-可見光譜作薄膜吸收度分析，可得薄膜能隙值為1.5eV；薄膜穿透度分析，可得知薄膜厚度的增加會造成穿透度的降低。且利用橢圓儀分析，可得各參數在不同光照波長下之折射率n、消光係數k值及膜厚分析；當製備溫度越高時，膜厚為200~1300 nm，當Ga摻雜量越多時，膜厚由700 nm下降至200 nm。在電性量測方面，Mott-Schottky equation分析，可得知當Ga/Cu大於0.2時，薄膜會由N型半導體轉變為P型半導體，載子濃度為2.14×1015 ~ 4.50×1015 cm-3，將隨著Ga量之增加而增加；當為n型半導體時，平帶電位為 -0.55 ~ -0.1 V v.s.標準氫電極：當為p型半導體時，平帶電位為 0.3 ~ 0.53 V v.s.標準氫電極。利用300瓦Xe燈照射下，量測出最大之光電流密度為 -1.28 mA/cm2。亦利用化學水浴沉積法，製備CIGS Solar Cell之緩衝層CdS，並改變鍍膜溫度及時間，以取得良好之CdS半導體薄膜之操作參數。在XRD分析中，當溫度越高及增加鍍膜時間，其X-Ray繞射峰將會逐漸形成立方晶形之CdS。由SEM可得知，當溫度增加時，沉積顆粒將會變大聚集，亦會更加平坦。以紫外光-可見光譜作薄膜吸收度分析，可得薄膜能隙值為2.25 eV；以橢圓儀分析其，折射率n、消光係數k值及膜厚分析；在電性量測方面，Mott-Schottky equation分析，CdS為n型半導體。且平帶電位為 -1.35 ~ -1.1 V v.s.標準氫電極。

關鍵字

化學水浴法； CuInGaS2 ； CdS

並列摘要

The CuInGaS2, and CdS semi conduction thin films were grown on indium-tin-oxide coated glass substrates by using chemical bath deposition. The influences of various deposition parameters on structural, optical, electrical performances of films have been investigated. The thickness, band gaps and carrier densities of CuInGaS2 determined from transmittance spectra and electrochemical analysis are in the range of 200~700nm, 1.5eV, and 2.14×1015~4.5×1015 cm-3, respectively. The band gaps of CdS were 2.25eV .The flat band potentials of n-type CIS2,p-type CIGS2,and CdS are located between -0.55~ -0.1 V,0.3~0.53V,and -1.35~ -1.1 V(v.s Ag/AgCl) versus normal hydrogen electrode with the Mott-Schottky measurements, respectively. The maximum photocurrent density of CuInGaS2 was found to be -1.28mA/cm2 by the illumination of a 300W of Xe lamp system.

並列關鍵字

Chemical Bath Deposition ； CuInGaS2 ； CdS

參考文獻

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