1、第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P17-17-1化合物半導體化合物半導體II-VIII-VI族太陽能電池的發族太陽能電池的發展及其演進展及其演進7-27-2化合物半導體化合物半導體II-VIII-VI族太陽能電池的基族太陽能電池的基本結構及其特性本結構及其特性7-37-3化合物半導體化合物半導體II-VIII-VI族太陽能電池的製族太陽能電池的製程技術程技術 第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P2本章節將討論以及探討的內容，主要是：本章節將討論以及探討的內容，主要是：化合物半導體化合物半導體II-VIII-VI族太陽
2、能電池的發展及其演進族太陽能電池的發展及其演進化合物半導體化合物半導體II-VIII-VI族太陽能電池的基本結構及其特性族太陽能電池的基本結構及其特性化合物半導體化合物半導體II-VIII-VI族太陽能電池的製程技術族太陽能電池的製程技術 210第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P3在薄膜型太陽能電池方面，矽系列或矽基在薄膜型太陽能電池方面，矽系列或矽基 (Si-Based)(Si-Based)薄薄膜型太陽能電池之外，碲化鎘系列或碲化鎘基膜型太陽能電池之外，碲化鎘系列或碲化鎘基 (CdTe-(CdTe-Based)Based)太陽能電池，亦是眾多種類薄膜型
3、太陽能電池中太陽能電池，亦是眾多種類薄膜型太陽能電池中的一種，它亦是薄膜型太陽能電池之中，發展歷史最長久的一種，它亦是薄膜型太陽能電池之中，發展歷史最長久的。的。19561956年美國年美國RCARCA公司發展出碲化鎘基太陽能電池公司發展出碲化鎘基太陽能電池,19631963年年CusanoCusano博士，使用碲化鎘博士，使用碲化鎘 (CdTe)(CdTe)以及碲化銅以及碲化銅 (Cu2Te)(Cu2Te)製作出異質接面型太陽能電池元件，製作出異質接面型太陽能電池元件，19791979年法國年法國的的CNRSCNRS公司使用氣相傳輸沉積法公司使用氣相傳輸沉積法 (Vapor Transpor
4、t(Vapor Transport Deposition,VTD)Deposition,VTD)在在n n型晶片基板表面型晶片基板表面 ，沉積，沉積p p型碲化鎘型碲化鎘薄膜而製作出轉換效率為薄膜而製作出轉換效率為7.0%7.0%左右的太陽能電池。左右的太陽能電池。210第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P4以鎘為系列之薄膜型太陽能電池的種類：以鎘為系列之薄膜型太陽能電池的種類：碲化鎘碲化鎘 (CdTe)/(CdTe)/硫化鎘硫化鎘 (CdS)(CdS)硫化鎘硫化鎘 (CdS)/(CdS)/硫化亞銅硫化亞銅 (Cu2S)(Cu2S)鋅鎘硫化物鋅鎘硫化物 (
5、ZnxCd1(ZnxCd1 xS)xS)211第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P5 硫化鎘的存在是以兩種不同的礦物質，一為硫鎘礦硫化鎘的存在是以兩種不同的礦物質，一為硫鎘礦 (Greenockite)(Greenockite)，而另一為方硫鎘礦而另一為方硫鎘礦 (Hawleyite)(Hawleyite)。在硫鎘礦方面，它是一種六方晶體。在硫鎘礦方面，它是一種六方晶體 (Hexagonal)(Hexagonal)的纖鋅礦的纖鋅礦 (Wurzite)(Wurzite)晶體結構；而在方硫鎘礦方面，晶體結構；而在方硫鎘礦方面，它則是一種閃鋅礦它則是一種閃鋅礦
6、(Sphalerite/Zinc Blende)(Sphalerite/Zinc Blende)晶體結構，而硫化鎘晶體結構，而硫化鎘的晶格常數為的晶格常數為0.0.586 586 nmnm，如圖，如圖7-17-1所示的。所示的。212圖7-1硫化鎘的晶體結構示意圖 第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P6在室溫狀態之下，碲化鎘的晶體結構是閃鋅礦結構，而其在室溫狀態之下，碲化鎘的晶體結構是閃鋅礦結構，而其晶格常數為晶格常數為0.648 nm0.648 nm，如圖，如圖7-27-2所示所示 213圖7-2碲化鎘的晶體結構示意圖 第七章化合物半導體第七章化合物半導
7、體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P7以鎘為系列之薄膜型太陽能電池的元件結構：以鎘為系列之薄膜型太陽能電池的元件結構：表板結構型表板結構型 (Superstrate Structure)(Superstrate Structure)基板結構型基板結構型 (Substrate Structure)(Substrate Structure)如圖如圖7-3(a)7-3(a)以及以及 (b)(b)所示所示 213第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P8214入射太陽光線入射太陽光線玻璃基板透明導電薄膜層n 型 CdS 薄膜層p 型 CdTe 薄膜層緩衝薄膜層金屬
8、薄膜層金屬基板玻璃基板2(SnO:F)透明導電薄膜層n 型 CdS 薄膜層p 型 CdTe 薄膜層緩衝薄膜層金屬薄膜層製作流程順序製作流程順序(a)表板結構型的(b)基板結構型的圖7-3表板結構型的(a)以及基板結構型的(b)鎘系列薄膜型太陽能電池 第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P9事實上，碲化鎘基薄膜型太陽能電池的種類：事實上，碲化鎘基薄膜型太陽能電池的種類：有有p-np-n同質接面型的同質接面型的p-np-n異質接面型的異質接面型的等兩種太陽能電池，如圖等兩種太陽能電池，如圖7-47-4所示的所示的 215玻璃基板透明導電薄膜層n型碲化鎘p型碲化鎘
9、緩衝薄膜層金屬薄膜層(a)同質接面型的(n-CdTe)(p-CdTe)玻璃基板透明導電薄膜層n型硫化鎘p型碲化鎘緩衝薄膜層金屬薄膜層(b)異質接面型的(n-CdS)(p-CdTe)圖7-4p-n同質接面型的(a)以及p-n異質接面型的(b)碲化鎘基薄膜型太陽能電池 第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P10就碲化鎘就碲化鎘 (Cadmium Telluride,CdTe)(Cadmium Telluride,CdTe)以及硫化鎘以及硫化鎘 (Cadmium Sulfide,CdS)(Cadmium Sulfide,CdS)太陽能電池而言，其元件結構太陽能電池
10、而言，其元件結構的排列，分別地為：的排列，分別地為：玻璃基板玻璃基板 (Glass Substrate)(Glass Substrate)透明導電膜透明導電膜 (Transparent Conductive Oxide Film)(Transparent Conductive Oxide Film)前面接觸電極及碲化鎘前面接觸電極及碲化鎘 (Front Contact Electrode(Front Contact Electrode and CdTe)and CdTe)硫化鎘硫化鎘 (CdS)(CdS)背面或裏面接觸電極背面或裏面接觸電極 (Back Contact Electrode)(B
11、ack Contact Electrode)等不同厚度的薄膜層等不同厚度的薄膜層其基本的元件結構示意圖，如圖其基本的元件結構示意圖，如圖7-57-5所示的所示的 214第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P11215背面電極p 型碲化鎘n 型硫化鎘氧化錫玻璃基板光線(a)n 型 CdS/p 型 CdTe入射光電流輸出端金接觸電極碲化鎘玻璃表板(100 m)硫化鎘(b)CdS/CdTe透明導電層圖7-5碲化鎘/硫化鎘太陽能電池的基本元件結構示意圖 背面電極p 型碲化鎘n 型硫化鎘氧化錫玻璃基板光線(a)n 型 CdS/p 型 CdTe入射光電流輸出端金接觸電極
12、碲化鎘玻璃表板(100 m)硫化鎘(b)CdS/CdTe透明導電層第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P12218圖7-6表板結構型的太陽能電池元件製作的整個流程示意圖(1)金屬基板(2)金屬薄膜層形成(3)雷射蝕刻圖變化(4)緩衝薄膜層形成(5)p 型 CdTe 薄膜型(6)氯化處理(7)雷射蝕刻圖變化(8)n 型 CdS 薄膜層(9)表面處理(10)透明導電薄膜層用於製作太陽能電池的玻璃基板材料，其標準的厚度是2.04.0 mm左右第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P13219碲化鎘碲化鎘 (CdTe)(CdTe)薄
13、膜層的主要製程技術種類，如下所述薄膜層的主要製程技術種類，如下所述的；以碲化鎘為系列之薄膜型太陽能電池的製程技術，的；以碲化鎘為系列之薄膜型太陽能電池的製程技術，分別地有：分別地有：1.1.電鍍沉積法電鍍沉積法 (Electro-Deposition,ED)(Electro-Deposition,ED)2.2.密閉空間式的昇華法密閉空間式的昇華法 (Closed-Space Sublimation,(Closed-Space Sublimation,CSS)CSS)3.3.網版印刷法網版印刷法 (Screen Printing,SP)(Screen Printing,SP)4.4.噴霧沉積法噴
14、霧沉積法 (Spray Deposition,SD)(Spray Deposition,SD)5.5.氣相傳輸沉積法氣相傳輸沉積法 (Vapor Transport Deposition,(Vapor Transport Deposition,VTD)VTD)6.6.有機金屬化學沉積法有機金屬化學沉積法 (Metallic Organic Chemical(Metallic Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)Vapor Deposition,MOCVD)7.7.濺鍍法濺鍍法 (Sputtering)(Sputtering)第七章化合物半導體第七章化
15、合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P14220加熱器碲化鎘薄膜蒸氣態碲化鎘固態碲化鎘加熱器噴嘴口霧狀碲化鎘碲化鎘薄膜基板加熱平台加熱器基板碲化鎘薄膜蒸氣態碲化鎘液態(固態)碲化鎘真空反應室抽真空電源電源承載氣體碲化鎘蒸氣碲化鎘碲化鎘薄膜移動方向基板排氣碲化鎘碲化鎘電漿硫化鎘薄膜基板加熱器電源電源(a)密封空間昇華技術(b)噴霧熱裂解技術(c)真空蒸發蒸著技術(d)氣相傳輸沉積技術(e)濺鍍沉積技術圖7-7碲化鎘/硫化鎘太陽能電池的代表性製程設備系統簡易的示意圖 第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P15220圖7-7碲化鎘/硫化鎘太陽能電池的代表
16、性製程設備系統簡易的示意圖 加熱器碲化鎘薄膜蒸氣態碲化鎘固態碲化鎘加熱器噴嘴口霧狀碲化鎘碲化鎘薄膜基板加熱平台加熱器基板碲化鎘薄膜蒸氣態碲化鎘液態(固態)碲化鎘真空反應室抽真空電源電源承載氣體碲化鎘蒸氣碲化鎘碲化鎘薄膜移動方向基板排氣碲化鎘碲化鎘電漿硫化鎘薄膜基板加熱器電源電源(a)密封空間昇華技術(b)噴霧熱裂解技術(c)真空蒸發蒸著技術(d)氣相傳輸沉積技術(e)濺鍍沉積技術第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P16220圖7-7碲化鎘/硫化鎘太陽能電池的代表性製程設備系統簡易的示意圖 加熱器碲化鎘薄膜蒸氣態碲化鎘固態碲化鎘加熱器噴嘴口霧狀碲化鎘碲化鎘薄
17、膜基板加熱平台加熱器基板碲化鎘薄膜蒸氣態碲化鎘液態(固態)碲化鎘真空反應室抽真空電源電源承載氣體碲化鎘蒸氣碲化鎘碲化鎘薄膜移動方向基板排氣碲化鎘碲化鎘電漿硫化鎘薄膜基板加熱器電源電源(a)密封空間昇華技術(b)噴霧熱裂解技術(c)真空蒸發蒸著技術(d)氣相傳輸沉積技術(e)濺鍍沉積技術第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P17223在硫化鎘在硫化鎘 (CdS)(CdS)以及碲化鎘以及碲化鎘 (CdTe)(CdTe)太陽能電池方面，太陽能電池方面，其模組的組合方式：其模組的組合方式：串接式串接式 (In-Series Connection)(In-Series
18、 Connection)並接式並接式 (In-Parallel Connection)(In-Parallel Connection)其代表性的模組結構示意圖，如圖其代表性的模組結構示意圖，如圖7-87-8所示所示 第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P18223入射太陽光線溝槽鋁電柱p 型碲化鎘n 型硫化鎘透明導電膜基板圖7-8碲化鎘/硫化鎘太陽能電池的代表性模組結構示意圖 第七章化合物半導體第七章化合物半導體II-VI族太陽能電池族太陽能電池 P19223入射太陽光線溝槽鋁電柱p 型碲化鎘n 型硫化鎘透明導電膜基板圖7-8碲化鎘/硫化鎘太陽能電池的代表性模組結構示意圖
