快速熱處理硫化製程對射頻濺射沉積的銅鋅錫硫化物(CZTS)薄膜之研製

Rapid Thermal Sulfurization Process of RF-sputter Deposited Cu2ZnSnS4 Thin films

陳宜屏(I-Ping Chen)

指導教授 ： 吳孟奇

國立清華大學/電機資訊學院/電子工程研究所/碩士(2013年)

摘要

在此研究中，將射頻濺鍍機(RF-sputter)成長出的金屬前驅物層(glass/mo/ZnSn/Cu)，放入緊密式的石墨盒中，填入適量地硫粉後，利用快速熱退火系統(RTP)進行高溫硫化製程，達到無毒且快速的CZTS薄膜製作。利用調整與設計實驗參數來成長出高品質的CZTS薄膜，並進一步探討與分析硫化製程參數對薄膜特性的影響。此外，探討不同銅含量的金屬前驅物層對薄膜特性的影響，其組成比控制在Cu/Zn+Sn=0.7~1.2範圍內，發現出薄膜中銅的含量對於CZTS 薄膜的特性有很大的影響。從中利用掃描式電子顯微鏡(SEM)、感應耦合電漿質譜分析儀(ICP-MS)、X光繞射儀(XRD)、拉曼光譜儀、紫外光/可見光光譜儀(UV/VIS)和霍爾量測等儀器，分析薄膜的形態、組成比、結構、電性和能隙等薄膜特性。
使用無毒快速熱退火製作的CZTS薄膜，透過XRD的分析結果，其擁有(112), (2 2 0)/(204) and (312)平面的訊號，顯示製作出Kesterite結構的CZTS薄膜,且能隙介於1.42eV與1.54之間，則吸收係數為超過104cm−1以上，此材料特性，非常適合作為太陽能吸收層的材料。
銅缺乏(Cu-poor)的金屬前驅物製作出最佳特性的CZTS太陽能電池，其組成比為Cu/Zn+Sn=0.73，主要為銅缺乏的CZTS 薄膜擁有較佳的薄膜品質與特性，其太陽能結構為Glass/Mo/CZTS/CdS/I-ZnO/ITO/Al grid.製作出短路電流(Jsc) 為10.37 mA/cm2、開路電壓(Voc)為200 mV,填充因子(FF)為40.3% 和效率0.85%的CZTS薄膜太陽能電池，此結果證明無毒且快速的熱退火硫化製程為有潛力與價值性的CZTS製作技術。

關鍵字

CZTS.濺鍍機(Sputter).RTP(快速熱退火).硫化物

參考文獻

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