結果與討論

4-1 AZO 光電特性分析

AZO 電性分析的部分，我們分別進行了不同退火溫度下，對濺 鍍成長的薄膜進行電阻率，載子濃度與遷移率等的比較，並利用 PL、

XRD 儀器觀察其組成，圖17(a) AZO 薄膜在各退火溫的下的 SEM 圖。

圖 177. 為 AZO 薄膜在各退火溫的下的 SEM (a).室溫下成長 (b).

300℃ (c).400℃ (d) 500℃

從圖18中可以發現使用自製1%鋁參雜的 AZO 靶濺鍍在基板上，

(a). (b).

(c). (d).

其電阻率在退火溫度升高時有變大的趨勢，而在不退火時擁有最低值 8.5×10^-4 Ω-cm，其晶粒大小為 21.5nm，當晶粒比較大時，相對可以減 少晶界(grain boundary)散射[17]，電子在傳輸時會遇到的缺陷障礙就 會越少，因而電阻率與晶粒大小成反比。當退火溫度升高時，濃度有 先降後升的情況，其電子遷移率在不升溫時有最佳24 cm²/V‧S。

圖19為各退火溫度下的XRD 圖，從圖上我們可以看出，晶格方 向為(002)，在高真空中退火後溫度(25℃、300℃、350℃、400℃、

500℃)由小到大，2θ角度從 34.77∘、34.62∘、34.69∘、34.79∘、

34.75∘，不升溫時半高寬較小，顯示出不升溫情況下AZO 薄膜擁有 最佳的特性，經由高真空退火後因為氧空缺和應力情況使得 2θ從低 角度往高角度偏移[18][19]，此 XRD 訊號分析圖恰可與電性分析方面 相呼應。

圖 18.AZO 電性整理

圖 19.AZO 在各退火溫度下的 XRD 圖

從圖20 PL 來觀察薄膜情況，在純 ZnO 的發光波段~367nm，

其波峰強度越強半寬高越窄，表示著品質越好，電阻率也會越高，經 由摻雜鋁後，發光波段會隨著摻雜的濃度、缺陷(defect)，經由退火溫

度的變化導致化學計量比的改變，峰值會往紅移，導致能階變寬，峰 值寬度變大，則電性就會越好。在波長 389nm 的位置可以看出經由 摻雜後 ZnO 的發光波段產生偏移，其峰值並沒有被主要吸收峰所涵蓋，

表示經由退火溫度改變氧化鋅和鋁並沒有完全游離。圖21.AZO 在各 退火溫度下的穿透和吸收圖，在不同的退火條件下，其在可見光的穿 透區域均具高透光度，而在不升溫的 AZO 薄膜，在可見光波段穿透率 可達~85%，對穿透率取(αｈν)²對ｈν作圖，得圖22. AZO 薄膜在 不同退火溫度下的光學能隙， (25℃、300℃、350℃、400℃、500

℃)由小到大，能隙依序為3.43eV、3.355eV、3.34eV、3.35eV、3.37eV 其趨勢符合Burstein-Moss 效應，濃度越高能隙越大，但在 400℃時，

光學能隙卻與300℃時差不多，根據 Burstein-Moss 效應，當載子濃度 下降，能隙會變小，晶格常數c 變大時能隙變大，但晶粒變大時能隙 會變小。由以上比較顯示出 AZO 薄膜在不升溫時有最佳特性，本實 驗採用之。

圖 20.AZO 在各退火溫度下的 PL 圖

圖 21.AZO 在各退火溫度下的穿透和吸收圖

圖 22.AZO 薄膜光學能隙

4-2 矽摻雜鋁薄膜電性分析

矽摻雜鋁薄膜電性分析的部分，我們固定矽 RF 功率 80w，在不 同鋁RF 功率下，對濺鍍成長的薄膜退火後進行電阻率、載子濃度與 遷移率的比較，圖 23. 退火後矽摻雜鋁薄膜的電特性，可以發現在 鋁功率60w 時電阻率有大幅度下降，到了 65w、70w 下降有減緩的趨 勢，其濃度有呈現飽和的情形，造成電洞遷移率下降，過多的鋁會造 成元件漏電流，因此本實驗使用鋁功率 56w、60w、65w 的條件製作 元件，但因為在鋁功率 56、65w 條件下製作成元件並沒有二極體特 性，所以使用鋁功率60w 製作元件。

圖 23. 退火後矽摻雜鋁薄膜的電特性

4-3 元件光電性分析

圖24. 為元件結構示意圖，在鋁功率 60w 條件下製作成，圖25. 2 種元件光電流與暗電流比較圖，從圖中得知濺鍍 AZO 薄膜當電極使 用的元件，因為電洞無法完全跨越 AZO 與 p 型矽之間的能障，載子

損失導致沒有光電流值。

最後在元件上方濺鍍鋁電極，得到一光電流大小約 0.07 mA/cm²， 開路電壓約為0.59V，填充因子為 45%，轉換效率大約 0.02%的太陽 能電池。

圖 24. 元件結構示意圖

圖 25. 元件之光電流與暗電流整理

我們可以發現元件之光電流值與轉換效率來的較為不理想，其主要原 因可能由於

a p 型矽摻雜鋁薄膜，可能因為摻雜的鋁原子過多，造成缺陷，形 成復合中心，捕捉自由載子，影響自由載子傳輸。。

b 電洞無法完全跨越 AZO 與 p 型矽之間的能障，導致沒有光電流 值。

4-4 結論

本次研究成功的利用濺鍍製備透明導電膜，製作出氧化鋅摻雜量 1% 透明導電膜，其電阻率8.5×10^-4 Ω-cm、濃度 3.2×10^-20 1/cm³、遷移

率24 cm²/V‧S、可見光透光率 ~85%，在 PL 量測上得出鋅和鋁並沒 有完全游離，推測是因為製作靶材時研磨沒有混和均勻所致，若改善 其電阻率、穿透率的部分必定還能改善。

矽摻雜鋁薄膜必須改善的部分為摻雜的比例，由於矽摻雜鋁摻雜 的比例很嚴謹，製程方面產生的缺陷，導致產生漏電流、復合中心，

導致元件轉換效率等不如預期，若是在製程上能夠有效減少鋁金屬殘 留於薄膜上，相信對於元件效率上必定能大幅度的得到改善。

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