Chapter 7 化合物半導體II-VI族太陽能電池

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1 Chapter 7 化合物半導體II-VI族太陽能電池
第七章　化合物半導體II-VI族太陽能電池 　P Chapter 7　 化合物半導體II-VI族太陽能電池 　　 7-1 化合物半導體II-VI族太陽能電池的發 展及其演進 7-2 化合物半導體II-VI族太陽能電池的基 本結構及其特性 7-3 化合物半導體II-VI族太陽能電池的製 程技術

2 第七章 化合物半導體II-VI族太陽能電池 P
210 內容大綱 本章節將討論以及探討的內容，主要是： 化合物半導體II-VI族太陽能電池的發展及其演進 化合物半導體II-VI族太陽能電池的基本結構及其特性 化合物半導體II-VI族太陽能電池的製程技術

3 7-1 化合物半導體II-VI族太陽能電池的發展 及其演進
210 第七章　化合物半導體II-VI族太陽能電池 　P 7-1 化合物半導體II-VI族太陽能電池的發展 及其演進 在薄膜型太陽能電池方面，矽系列或矽基 (Si-Based) 薄膜型太陽能電池之外，碲化鎘系列或碲化鎘基 (CdTe-Based) 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。 1956年美國RCA公司發展出碲化鎘基太陽能電池, 1963年Cusano博士，使用碲化鎘 (CdTe) 以及碲化銅 (Cu2Te) 製作出異質接面型太陽能電池元件，1979年法國的CNRS公司使用氣相傳輸沉積法 (Vapor Transport Deposition, VTD) 在n型晶片基板表面 ，沉積p型碲化鎘薄膜而製作出轉換效率為7.0% 左右的太陽能電池。

4 7-2 化合物半導體II-VI族太陽能電池的基本結構及 其特性
第七章　化合物半導體II-VI族太陽能電池 　P 211 7-2 化合物半導體II-VI族太陽能電池的基本結構及 其特性 以鎘為系列之薄膜型太陽能電池的種類： 碲化鎘 (CdTe) / 硫化鎘 (CdS) 硫化鎘 (CdS) / 硫化亞銅 (Cu2S) 鋅鎘硫化物 (ZnxCd1xS)

5 7-2-1 硫化鎘 (CdS) 以及碲化鎘 (CdTe) 半導體材料的基本特性
第七章　化合物半導體II-VI族太陽能電池 　P 212 硫化鎘的存在是以兩種不同的礦物質，一為硫鎘礦 (Greenockite)，而另一為方硫鎘礦 (Hawleyite)。在硫鎘礦方面，它是一種六方晶體 (Hexagonal) 的纖鋅礦 (Wurzite) 晶體結構；而在方硫鎘礦方面，它則是一種閃鋅礦 (Sphalerite/Zinc Blende) 晶體結構，而硫化鎘的晶格常數為0.586 nm，如圖7-1所示的。 圖7-1 硫化鎘的晶體結構示意圖

6 第七章 化合物半導體II-VI族太陽能電池 P
213 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0.648 nm，如圖7-2所示 圖7-2 碲化鎘的晶體結構示意圖

7 7-2-2 硫化鎘 (CdS) 以及碲化鎘 (CdTe) 太陽能電池的基本結構及其特性
第七章　化合物半導體II-VI族太陽能電池 　P 213 7-2-2 硫化鎘 (CdS) 以及碲化鎘 (CdTe) 太陽能電池的基本結構及其特性 以鎘為系列之薄膜型太陽能電池的元件結構： 表板結構型 (Superstrate Structure) 基板結構型 (Substrate Structure) 如圖7-3(a) 以及 (b) 所示

8 第七章 化合物半導體II-VI族太陽能電池 P
214 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

9 第七章 化合物半導體II-VI族太陽能電池 P
215 事實上，碲化鎘基薄膜型太陽能電池的種類： 有p-n同質接面型的 p-n異質接面型的 等兩種太陽能電池，如圖7-4所示的 圖7-4 p-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

10 第七章 化合物半導體II-VI族太陽能電池 P
214 就碲化鎘 (Cadmium Telluride, CdTe) 以及硫化鎘 (Cadmium Sulfide, CdS) 太陽能電池而言，其元件結構的排列，分別地為： 玻璃基板 (Glass Substrate) 透明導電膜 (Transparent Conductive Oxide Film) 前面接觸電極及碲化鎘 (Front Contact Electrode and CdTe) 硫化鎘 (CdS) 背面或裏面接觸電極 (Back Contact Electrode) 等不同厚度的薄膜層 其基本的元件結構示意圖，如圖7-5所示的

11 第七章 化合物半導體II-VI族太陽能電池 P
215 圖7-5　碲化鎘 / 硫化鎘太陽能電池的基本元件結構示意圖

12 7-3-1 硫化鎘 (CdS) 以及碲化鎘 (CdTe) 太陽能電池的製程技術 .
第七章　化合物半導體II-VI族太陽能電池 　P 218 7-3-1 硫化鎘 (CdS) 以及碲化鎘 (CdTe) 太陽能電池的製程技術 . 用於製作太陽能電池的玻璃基板材料，其標準的厚度是2.0~4.0 mm左右 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

13 第七章 化合物半導體II-VI族太陽能電池 P
219 碲化鎘 (CdTe) 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，分別地有： 電鍍沉積法 (Electro-Deposition, ED) 密閉空間式的昇華法 (Closed-Space Sublimation, CSS) 網版印刷法 (Screen Printing, SP) 噴霧沉積法 (Spray Deposition, SD) 氣相傳輸沉積法 (Vapor Transport Deposition, VTD) 有機金屬化學沉積法 (Metallic Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD) 濺鍍法 (Sputtering)

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220 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

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220 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

16 第七章 化合物半導體II-VI族太陽能電池 P
220 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

17 7-3-2 硫化鎘 (CdS) 以及碲化鎘 (CdTe) 太陽能電池的模組技術 .
第七章　化合物半導體II-VI族太陽能電池 　P 223 7-3-2 硫化鎘 (CdS) 以及碲化鎘 (CdTe) 太陽能電池的模組技術 . 在硫化鎘 (CdS) 以及碲化鎘 (CdTe) 太陽能電池方面，其模組的組合方式： 串接式 (In-Series Connection) 並接式 (In-Parallel Connection) 其代表性的模組結構示意圖，如圖7-8所示

18 第七章 化合物半導體II-VI族太陽能電池 P
223 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

19 第七章 化合物半導體II-VI族太陽能電池 P
223 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