2011 年 4 月出版
科儀新知 第 181 期
銅銦鎵硒薄膜太陽能電池專題
CIGS 太陽能電池－非鎘緩衝層材料及製程技術發展 [ 下載 PDF ]
蔡智斌, 簡志宇, 魏士淵, 賴志煌
非鎘緩衝層的開發為發展 CIGS 太陽能電池重要的課題之一。目前較高效率的 CIGS 太陽能電池仍然以硫化鎘 (CdS) 作為緩衝層的主要材料，為減少鎘對環境的衝擊又能達到高光電轉化率，並符合產業化的需求，各界無不積極開發取代 CdS 緩衝層的材料及製程技術。緩衝層位於 CIGS 吸光層及 ZnO:Al 窗口層之間，與 CIGS 形成太陽能電池中重要的 p-n 接面。本文將介紹緩衝層於太陽能電池中的主要功用及其產業化時所面臨的關鍵挑戰，並詳述目前最有潛力的三種非鎘緩衝層材料：硫化鋅 (ZnS)、硫化銦 (In2S3) 及氧化鎂鋅 (Zn1−xMgxO) 在高效率太陽能電池中的發展現況，並對其相關的非真空如化學浴沉積法及真空如濺鍍、蒸鍍，原子層沉積法等製程技術進行探討。
以共蒸鍍及濺鍍／硒化法發展高效率CIGS 太陽能電池 [ 下載 PDF ]
謝嘉民, 戴寶通, 沈昌宏, 蕭育仁, 薛丁仁, 吳宗達
銅銦鎵硒 (CIGS) 薄膜太陽能電池具有低成本、重量輕、可撓曲與壽命長等特點，故受到相當的矚目。國家奈米元件實驗室 (NDL) 擁有多腔體濺鍍研發系統及高精準度蒸鍍系統，可以在玻璃基板上成長高品質 p-型 CIGS 薄膜。NDL 已建立完整之 CIGS 太陽能電池製程技術，包括以共蒸鍍方式製作之無鎘高效率CIGS 太陽能電池，其轉換效率可達 14%，CIGS 可撓式太陽能電池亦達 6%；而具大面積量產潛力之濺鍍／硒化法無毒 CIGS 太陽能電池轉換效率亦達 6.4%。
銅銦鎵硒薄膜太陽能電池光電特性量測技術 [ 下載 PDF ]
施文傑, 吳彥輝
太陽能電池是一種光伏特效應的元件，利用吸收太陽光產生電能的機制來提供電力，因此光電特性分析是太陽能電池性能優劣的關鍵，本文將討論銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的電性和光學特性量測。首先，介紹三種電容－電壓的量測方式，包括傳統式、導納頻譜和激勵電容剖面法，此外，討論銅銦鎵硒導電二次相的分析方法。光學特性量測為光致螢光光譜和時間解析光致螢光法，此兩種方法可以快速分析薄膜品質和成分，也可以作為製程中線上的檢測工具。
銅銦鎵硒薄膜太陽能電池 [ 下載 PDF ]
洪天爵, 賴志煌
銅銦鎵硒化合物被認為是最具潛力的薄膜太陽能電池的原料，銅銦鎵硒是一種穩定的化合物、對可見光具有高吸收係數，製備的薄膜太陽能電池已經具備了穩定、高光電轉換效率的光電元件。本文介紹了太陽能電池作用的基本原理，以及目前所用來製備銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的相關製程。
清華水池式原子爐三維去極化中子儀－磁性材料內部磁區之量測 [ 下載 PDF ]
李志浩, 張烈錚
本文介紹一個量測磁性材料內部磁區之方法，磁性材料內部磁區之量測，目前僅有去極化中子測量之方法可以得之。清華水池式反應 W-3 實驗站建立了一部三維去極化中子儀，可以觀察極化中子通過磁性材料過程中受到材料內部磁區的擾動，使得極化中子向量的方向與大小改變，進而可以分析材料內部的平均磁區大小、平均感應磁化量，以及磁區平均的平方方向餘弦等資訊。
以飛秒雷射精微加工系統製作光纖感測器 [ 下載 PDF ]
陳建興, 吳瑋特, 湯兆崙, 周禮君
飛秒雷射精微加工製作光纖感測器相較於傳統雷射製程，具有精密、製作快速與極低的熱影響區等優點，本文簡單地介紹各式光纖感測器及本研究團隊以飛秒雷射開發製作之視窗型 D 形結構光纖感測器，並說明其檢測原理。
瞬時相移干涉應用於表面形貌之量測 [ 下載 PDF ]
杜宜亮, 陳元方
表面形貌量測在半導體及光學元件製造上是一項重要的技術。光學干涉量測以非接觸、全場性、速度快與高精密等優勢，大量應用於高科技產品表面形貌的量測。然而運用相位移技術時，由於相移機構的移動，取像時間較長，受到環境振動或空氣擾動的影響，容易產生較大誤差，亦不適用於生產線上的檢測。本文中簡介一套可以瞬時 (或同步) 擷取不同相位移干涉條紋圖像之量測系統。此系統利用偏光相位移干涉原理，透過一四影像合併鏡組，運用單一 CCD 同時擷取不同相移之干涉條紋，經由灰階校正及數位對正各影像之位置，可由相位移法以及相位展開求得相位值，轉換得到待測物的表面形貌。此系統經以平面鏡及晶圓進行實測，以驗證及探討此量測系統之準確性、誤差與穩定性。此系統之研發可以減除外在環境振動與量測時間過長所造成的影響，亟具實際運用的價值。
以奈米壓痕與穿透式電子顯微鏡分析氮化鋁鎵半導體薄膜之力學特性 [ 下載 PDF ]
簡賸瑞, 林亭均, 楊秉豐, 賴逸少, 莊振益
本研究結合奈米壓痕、聚焦離子束與穿透式電子顯微技術，探討氮化鋁鎵半導體薄膜在承受局部應力所導致之機械性質與變形機制。氮化鋁鎵薄膜以有機金屬氣相沉積法成長於氧化鋁基板上。奈米壓痕儀搭配連續性勁度量測系統，量測氮化鋁鎵薄膜之硬度與楊氏模數，其值分別為 19.76 ± 0.15 GPa 與 310.63 ± 9.41GPa。藉由聚焦離子束準確地定位壓痕位置並加以離子研磨，再搭配穿透式電子顯微鏡進行微結構觀察。實驗結果顯示：氮化鋁鎵薄膜因受局部應力所產生之結構變化特徵，主要之機制是錯位成核／傳遞導致滑移帶之形成。壓痕曲線之負載過程中有多個斷點或轉折現象，與錯位成核的機制所預期的相符。然而，壓痕曲線的卸載部分則無發現斷點或彎肘之現象，說明了氮化鋁鎵薄膜因奈米壓痕所導致之材料變形行為並不包含應力所引發之相變化現象。
高速旋轉反射鏡變形狀態量測與量測方法研究 [ 下載 PDF ]
黃柏瑄, 黃鼎名
高速旋轉鏡可使用於光電實驗中，提供一種高速的光學調變機制。此旋轉鏡需要解決動態平衡問題，此外處於高速旋轉狀態時，鏡面結構也經由實驗發現會有發生變形的現象，造成光路反射後端之實驗訊號不穩定，影響實驗數據正確性。本研究發展一種量測高轉速兩面鏡變形現象的方法，兩面鏡轉速由 5000 rpm至 30000 rpm，觀測結果證明兩面鏡的鏡面在高速旋轉下的確會發生變形，進而導致在光電實驗中兩面鏡後端 1550 nm 雷射接收端雷射耦光功率隨轉速變動的現象，本研究搭配有限元素法分析兩面鏡在高轉速下的變形行為，了解兩面鏡結構與旋轉變形的相關特性。
非對稱 Fresnel 透鏡應用於 LED 方向燈設計 [ 下載 PDF ]
劉源昌, 陳世寬, 林本翔
本文目的是非對稱 Fresnel 透鏡搭配 LED 應用於歐規新修訂之 ECE R6 汽車方向燈的光學設計，並藉由 ASAP 光學設計分析軟體來模擬配光。結果顯示非對稱 Fresnel 透鏡搭配 Lambertian LED 可產生左右約 20度、上下約 10 度的非對稱配光，LED 最低流明數需求僅 38–55 lm，可比「薄」平凸透鏡的設計方式來得低一些，也比一般汽車常用方向燈傳統光源白熾燈泡低很多。
