3-1 結構製作流程
本研究主要分成三個部分
(i) 使用射頻磁控濺鍍氧化鋅摻鋁(AZO)薄膜於 Corning Eagle 2000 玻璃基板上，在不同厚度條件下，比較其電阻率(ρ, resistance)、
載子濃度(n, carrier concentration)、載子遷移率(μ, mobility) 、X 光繞射圖(X-Ray diffraction, XRD)的分析;選擇適合之厚度作為 太陽能電池的 n 型層。
(ii) 使用射頻濺鍍系統濺鍍鋁、非晶矽薄膜於 Corning Eagle 2000 玻璃基板上，藉由調整其厚度與熱退火時間、溫度，使其再結 晶形成鋁誘發非晶矽薄膜，並進行電阻率(ρ, resistance)、載子 濃度(n, carrier concentration)、載子遷移率(μ, mobility)分析。
(iii) 在不鏽鋼基板(Stainless steel)上先濺鍍鋁薄膜，非晶矽薄膜，製 作成鋁誘發非晶矽再結晶 p 型薄膜，並鍍上氧化鋅摻鋁(AZO) 薄膜製成元件，AZO 薄膜為太陽能 n 型薄膜與上電極，基板本 身為導電材料作因此能作為下電極使用。探討其再結晶 p 型薄 膜在不銹鋼基板上之問題，並調整其厚度、退火條件進行光、
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暗電流量測分析。
3-2 AZO 靶材製作
本實驗 AZO 薄膜濺鍍之靶材是利用氧化鋅粉末摻雜鋁粉以 99:1 之比例混和而成，其含量如表 1.
比例 ZnO Al2O3
反映後 ZnO : Al = 99 : 1 29.7601 g 0.2399 g ~ 30 g
表 1.AZO 調配劑量表
將 29.7601 克的氧化鋅粉末與 0.2399 克的氧化鋁粉混和均勻，並 仔細研磨，放入兩吋靶才模具中，使用油壓機將其壓成 2 吋靶材，燒 結時先利用兩坩鍋密封放入高溫爐(防止高溫時 ZnO 揮發)，在空氣中 以每分鐘 20oC 速率加熱至 750oC 燒結 6 小時再以每分鐘 20oC 速率降 至室溫，如圖 23.所示，完成圖如圖 24.。
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圖 23. AZO 燒結時間示意圖
圖 24. AZO 兩吋靶材
3-3 濺鍍系統
進行濺鍍時，先用機械幫浦(mechanic pump)將腔體內壓力抽至 4×10-2 torr，再用擴散幫浦(diffusion pump)或渦輪幫浦(Turbo pump)將 壓力抽至 4×10-5 torr 以下為鍍膜背景壓力，接著通入惰性氣氣體(氬氣)
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使腔體內的工作腔壓升至 3×10-2 torr，等待一分鐘，將功率輸出調整 鍍膜所需功率，之後電漿點起並進行預鍍；預鍍是為了使電漿穩定，
並清理靶材表面。通入的氬氣時 會將其流量調高一些讓電漿容易點 起。在進行了十分鐘的預鍍之後，即可進行薄膜的濺鍍，圖 25.圖 26.
為射頻磁控濺鍍設備腔體示意圖。表 2.為 AZO 薄膜濺鍍參數、表 3.
為非晶矽、鋁薄膜濺鍍參數、表 4.為氧化鋅鍍膜參數。
圖 25.射頻磁控濺鍍 AZO 薄膜設備腔體示意圖
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圖 26.射頻磁控濺鍍 a-Si、Al 薄膜設備腔體示意圖
Environment Parameter
Target AZO
Basic pressure (torr) 5*10-5 Work pressure (torr) 3*10-3
RF 70W
Temperature RT
Gas Ar
Thickness (nm) 300 , 600 , 1200 表 2. AZO 薄膜濺鍍參數
Environment Parameter
Target
a-Si 、Aluminum
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Basic pressure (torr) 3.47*10-5 Work pressure (torr) Al : 1.51*10-3
a-Si : 2.07*10-3
RF 70W
Temperature RT 表 3.非晶矽、鋁薄膜濺鍍參數
Environment Parameter
Target ZnO
Basic pressure (torr) 5*10-5 Work pressure (torr) 3*10-3
RF 50W
Temperature RT 表 4.氧化鋅鍍膜參數
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Step1. 將不鏽鋼基板分依序泡丙酮(acetone)、異丙醇(IPA)、甲醇 (methanol)放入超音波震盪器，各震盪清洗 5 分鐘。
Step2. 將清洗完之基板放入 0.5%的鹽酸(HCl)中去除表面氧化 層，之後用去離子水清洗基板，以氮氣槍吹乾後放入腔體 抽真空。
Step3. 接著利用表 2.的參數濺鍍鋁薄膜。
Step4. 鍍完之後通氧 2 torr 一小時生長氧化鋁薄膜。
Step5. 再用表 2.的參數濺鍍非晶矽薄膜。
Step6. 完成之後晶由熱退火溫度 400oC 持溫一小時使非晶矽與 鋁在結晶形成 p 型矽薄膜。
Step7. 再用表 1.的參數蓋上 AZO 作為 n 層與上電極。
Step8. 最後用鹽酸蝕刻邊緣避免產生漏電流。
圖 27.太陽能電池結構-不鏽鋼基板
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3-6 光電流量測
元件光電反應是利用 Oriel Sol3A Solar Simulators 作為光源，搭 配 Keithley 2400 進行電流的量測，元件接逆偏，電壓從負到正。原 理為因元件照光電流會隨著電壓改變而改變，而利用施予一逆偏與所 產生的電流匹配為零，方可知電流改變的趨勢，實驗架構圖如圖 28.
圖 28.太陽能效率量測架構圖