以電漿離子佈植提升氧化鋅薄膜光電特性之研究

The Investigation for Improving Optical and Electrical Properties of ZnO Thin Films by Plasma Immersion Ion Implantation

黃煜清(Yu-Ching Huang)

指導教授 ： 寇崇善

國立清華大學/理學院/物理學系/碩士(2011年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2011.00361

摘要

摘要
本論文使用電漿離子佈植(plasma immersion ion implantation, PIII)系統，對矽薄膜太陽電池用之透明導電薄膜:氧化鋅-硼(ZnO:B)進行電漿處理。實驗初期觀察到薄膜經由氫氣電漿處理過後電阻率有下降的現象，以此現象作為實驗的開端，調整電漿系統的兩個參數；試片偏壓及處理時間，觀察薄膜處理前後的材料特性變化。主要目的是希望藉由氫電漿處理，調變出適合矽薄膜太陽能電池用之透明導電膜，提高太陽電池的光電轉換效率。
本論文的最佳化電漿處理可將ZnO:B薄膜的電阻率由原本的2.17×10-3(Ω-cm)降為1.1×10-3(Ω-cm)。由進一步的材料分析推測是由於氫正離子與薄膜中的氧形成氫氧鍵(OH-)，進而提供自由載子，降低電阻率。在試片偏壓為1kV，拉長電漿處理時間至75分鐘後，400-1200nm的平均穿透率可由原本的78.3%提升到84.1%，反射則由8.9%降至7.3%，霧度與原本相比可增加約46%。由SEM觀察得到的表面形貌推測，是因為原本金字塔狀的晶粒，經處理過後產生更細微的次波長結構(或稱蛾眼效應)，使得光線進到漸變的折射率材料時，較感受不到折射率的變化，進而有效降低反射並且提高穿透率，另外也由於此種微結構造成薄膜對光線的散射能力變好，提升霧度。由上述的調變結果，成功使薄膜的電阻率下降、穿透率提升，並且提升薄膜對光線的散射能力，希冀結合電、光性及表面形貌三者之優化，能有效降低矽薄膜太陽電池的串聯電阻，提升光電流，最終能對矽薄膜太陽電池的轉換效率有所幫助。

關鍵字

透明導電氧化物 ； 氧化鋅 ； 氫氣電漿處理

參考文獻

[1-2] 李雯雯，王孟傑，薄膜太陽能電池技術發展淺力分析，工研

[1-4] Martin Python et al., J. Non-cryst. Solids, vol.354,

2258 (2008).

[1-5] J. Bailat et al., J. Non-cryst. Solids, vol.299, 1219 (2008)

[1-6] Martin Python et al., Solar Energy Materials & Solar Cells,