第四章 分析與討論
4.1 金屬導電薄膜之分析
圖 4-2 ZnO 60nm I-V curve
圖 4-4 ZnO 20nm I-V curve
圖 4-5 ZnO 15nm I-V curve
圖4-6 ZnO conductivity-thickness curve 1.00E+00
1.00E+02 1.00E+04 1.00E+06 1.00E+08 1.00E+10
ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm nm
Ω 數列1
表 4.2 ZnO 回火 100℃之電阻率變化
時間
試片 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm 回火1hr 量測後 57.6589 1.11E+03 6.57E+06 2.01E+05 2.17E+07 回火2hr 量測後 51.3988 1.76E+03 5.59E+06 3.03E+05 4.09E+08 100℃
回火3hr 量測後 72.2271 8.45E+03 3.84E+07 1.18E+06 3.77E+08
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 57.6589 1.11E+03 6.57E+06 2.01E+05 2.17E+07 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
圖4-7 不同厚度之ZnO於100℃回火1小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 51.3988 1.76E+03 5.59E+06 3.03E+05 4.09E+08 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
圖4-8 不同厚度之ZnO於100℃回火2小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
Ω
數列1
數列1 72.2271 8.45E+03 3.84E+07 1.18E+06 3.77E+08 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
表 4.3 ZnO 回火 150℃之電阻率變化
時間
試片 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm 回火1hr 量測後 53.5534 4.76E+03 4.56E+05 4.85E+06 3.09E+08 回火2hr 量測後 66.9426 1.04E+04 5.48E+07 7.59E+05 5.17E+08 150OC
回火3hr 量測後 42.6724 1.95E+04 9.57E+06 7.86E+05 2.75E+08
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 53.5534 4.76E+03 4.56E+05 4.85E+06 3.09E+08 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
圖4-10 不同厚度之ZnO於150℃回火1小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 115.1812 6.08E+04 1.67E+07 1.72E+06 4.16E+09 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
圖4-11 不同厚度之ZnO於150℃回火2小時之電阻率變化
1.00E+09
表 4.4 ZnO 回火 200℃之電阻率變化
時間
試片 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm 回火1hr 量測後 123.8974 8.51E+04 2.09E+07 9.01E+05 1.28E+10 回火2hr 量測後 115.1812 6.08E+04 1.67E+07 1.72E+06 4.16E+09 200OC
回火3hr 量測後 76.2994 5.35E+03 7.64E+07 2.37E+06 3.40E+09
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 123.8974 8.51E+04 2.09E+07 9.01E+05 1.28E+10 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
圖4-13 不同厚度之ZnO於200℃回火1小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 115.1812 6.08E+04 1.67E+07 1.72E+06 4.16E+09 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
圖4-14 不同厚度之ZnO於200℃回火2小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
Ω
數列1
數列1 76.2994 5.35E+03 7.64E+07 2.37E+06 3.40E+09 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
表 4.5 ZnO 回火 250℃之電阻率變化
時間
試片 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm 回火1hr 量測後 86.4328 2.72E+04 3.73E+07 5.92E+05 9.18E+09 回火2hr 量測後 48.3877 1.89E+05 2.09E+07 1.27E+06 2.67E+09 250OC
回火3hr 量測後 138.0195 1.51E+05 5.69E+07 1.12E+06 3.52E+09
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 86.4328 2.72E+04 3.73E+07 5.92E+05 9.18E+09 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
圖4-16 不同厚度之ZnO於250℃回火1小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 48.3877 1.89E+05 2.09E+07 1.27E+06 2.67E+09 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
圖4-17 不同厚度之ZnO於250℃回火2小時之電阻率變化
1.00E+09
表 4.6 ZnO 回火 300℃之電阻率變化
時間
試片 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm 回火1hr 量測後 89.9323 8.76E+04 7.02E+07 2.37E+06 5.33E+10 回火2hr 量測後 128.7956 2.11E+05 3.64E+07 3.29E+06 1.49E+09 300OC
回火3hr 量測後 182.8298 1.11E+05 2.88E+07 2.71E+06 1.68E+07
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 89.9323 8.76E+04 7.02E+07 2.37E+06 5.33E+10 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
圖4-19 不同厚度之ZnO於300℃回火1小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 128.7956 2.11E+05 3.64E+07 3.29E+06 1.49E+09 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
圖4-20不同厚度之ZnO於300℃回火2小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
Ω
數列1
數列1 182.8298 1.11E+05 2.88E+07 2.71E+06 1.68E+07 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
表 4.7 ZnO 回火 350℃之電阻率變化
時間
試片 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm 回火1hr 量測後 278.233 1.82E+05 2.01E+07 1.26E+06 8.99E+08 回火2hr 量測後 321.3259 1.67E+05 1.72E+07 3.32E+08 4.57E+08 350OC
回火3hr 量測後 611.4965 1.35E+05 6.57E+07 2.43E+06 1.54E+09
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 278.233 1.82E+05 2.01E+07 1.26E+06 8.99E+08 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
圖4-22不同厚度之ZnO於350℃回火1小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 321.3259 1.67E+05 1.72E+07 3.32E+08 4.57E+08 ZnO800nm ZnO60nm ZnO40nm ZnO20nm ZnO15nm
圖4-23不同厚度之ZnO於350℃回火2小時之電阻率變化
1.00E+09
另一方面在 Ag 之實驗結果，可以斷定 Ag 之導電效果極佳，不論 15nm~200nm 之膜厚變化，其電阻率均非常低。但由於 Ag 之光穿透率極差，故無法做為 TCO 層，因此在 Silicon Thin Film PV 元件上，適合作為底層電極，並可利用其對 光無穿透之特性，可使光子二次折射後對本質層，再次產生激發之現象，獲得 額外之效率。本實驗中針對 Ag 之回火結果可以獲得一重要結論：膜厚越薄之 Ag，於高溫回火後，其電阻率有大幅度上升之趨勢，故本實驗最後決定採用 200nm 之 Ag 作為本質層(Intrinsic Layer)之電極，以降低製程高溫環境，對元件產生之 光電特性影響。
試片 1 2 3 4 5
Ag Ag 200nm Ag 90nm Ag 60nm Ag 30nm Ag 15nm RES(Ω．cm) 5.1295 5.1533 5.172 5.3089 6.3125
表4.8 不同厚鍍 Ag 之電阻率變化表
圖 4-25 Ag conductivity-thickness curve 0.00E+00
2.00E+00 4.00E+00 6.00E+00 8.00E+00
Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm nm
Ω
數列1
圖 4-26 Ag 200nm I-V curve
圖 4-28 Ag 60nm I-V curve
圖 4-29 Ag 30nm I-V curve
圖 4-30 Ag 15nm I-V curve
表 4.9 Ag 回火 100℃之電阻率變化
時間
試片 Ag300nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm 回火1hr 量測後 5.13E+00 5.15E+00 5.19E+00 6.25E+00 3.26E+00 回火2hr 量測後 5.13E+00 5.14E+00 5.17E+00 5.33E+00 1.17E+09 100℃
回火3hr 量測後 5.13E+00 5.15E+00 5.18E+00 5.86E+00 2.10E+02
圖4-31 不同厚度之Ag於100℃回火1小時之電阻率變化 0.00E+00
2.00E+00 4.00E+00 6.00E+00 8.00E+00
nm
Ω
數列1
數列1 5.13E+00 5.15E+00 5.19E+00 6.25E+00 3.26E+00 Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
1.00E+00 1.00E+04 1.00E+08
nm
Ω
數列1
數列1 5.13E+00 5.14E+00 5.17E+00 5.33E+00 1.17E+09
Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
圖4-32 不同厚度之Ag於100℃回火2小時之電阻率變化
圖4-33 不同厚度之Ag於100℃回火3小時之電阻率變化 1.00E+00
1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03
nm
Ω
數列1
數列1 5.13E+00 5.15E+00 5.18E+00 5.86E+00 2.10E+02 Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
表 4.10 Ag 回火 150℃之電阻率變化
時間
試片 Ag300nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm 回火1hr 量測後 5.13E+00 5.16E+00 5.18E+00 8.28E+00 1.27E+08 回火2hr 量測後 5.13E+00 5.16E+00 5.23E+00 1.01E+09 1.31E+09 150℃
回火3hr 量測後 5.13E+00 5.15E+00 5.18E+00 5.57E+00 1.39E+09
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 5.13E+00 5.16E+00 5.18E+00 8.28E+00 1.27E+08 Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
圖4-34 不同厚度之Ag於150℃回火1小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 5.13E+00 5.16E+00 5.23E+00 1.01E+09 1.31E+09 Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
圖4-35 不同厚度之Ag於150℃回火2小時之電阻率變化
1.00E+06 1.00E+09
Ω
表 4.11 Ag 回火 200℃之電阻率變化
時間
試片 Ag300nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm 回火1hr 量測後 5.1284 5.1434 5.1672 7.2282 5.03E+09 回火2hr 量測後 5.1275 5.145 5.1756 7.541 4.67E+09 200℃
回火3hr 量測後 5.1321 5.162 5.2267 94.117 1.20E+09
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 5.1284 5.1434 5.1672 7.2282 5.03E+09 Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
圖4-37 不同厚度之Ag於200℃回火1小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 5.1275 5.145 5.1756 7.541 4.67E+09 Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
圖4-38 不同厚度之Ag於200℃回火2小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 5.1321 5.162 5.2267 94.117 1.20E+09 Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
表 4.12 Ag 回火 250℃之電阻率變化
時間
試片 Ag300nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm 回火1hr 量測後 5.1311 5.1488 11.3071 1.76E+09 2.02E+08 回火2hr 量測後 5.132 5.2688 5.6145 1.22E+10 3.12E+09 250℃
回火3hr 量測後 5.1305 5.148 5.84E+10 3.58E+08 4.86E+09
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 5.1311 5.1488 11.3071 1.76E+09 2.02E+08 Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
圖4-40 不同厚度之Ag於250℃回火1小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 5.132 5.2688 5.6145 1.22E+10 3.12E+09 Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
圖4-41 不同厚度之Ag於250℃回火2小時之電阻率變化
1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
Ω
數列1
表 4.13 Ag 回火 300℃之電阻率變化
時間
試片 Ag300nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm 回火1hr 量測後 5.1314 5.1837 5.589 2.43E+06 1.78E+09 回火2hr 量測後 5.131 5.1589 5.1982 8.09E+09 5.45E+09 300℃
回火3hr 量測後 5.1287 5.5679 46.0655 1.36E+09 5.74E+09
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω 數列1
數列1 5.1314 5.1837 5.589 2.43E+06 1.78E+09 Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
圖4-43 不同厚度之Ag於300℃回火1小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 5.131 5.1589 5.1982 8.09E+09 5.45E+09 Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
圖4-44 不同厚度之Ag於300℃回火2小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 5.1287 5.5679 46.0655 1.36E+09 5.74E+09 Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
表 4.14 Ag 回火 350℃之電阻率變化
時間
試片 Ag300nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm 回火1hr 量測後 5.1273 5.3477 6.4955 1.19E+09 9.44E+07 回火2hr 量測後 5.1286 5.2714 5.5837 7.95E+09 1.55E+09 350℃
回火3hr 量測後 5.1401 5.1639 1.34E+08 2.55E+09 4.38E+09
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 5.1273 5.3477 6.4955 1.19E+09 9.44E+07 Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
圖4-46 不同厚度之Ag於350℃回火1小時之電阻率變化
1.00E+00 1.00E+03 1.00E+06 1.00E+09
nm
Ω
數列1
數列1 5.1286 5.2714 5.5837 7.95E+09 1.55E+09 Ag200nm Ag90nm Ag60nm Ag30nm Ag15nm
圖4-47 不同厚度之Ag於350℃回火2小時之電阻率變化
1.00E+06 1.00E+09
Ω
由金屬電極實驗中 AZO(Al2O3 dopen 3%)之膜厚與電阻率之變化，可以明顯 得知膜厚接近 800nm 時有良好之導電率，非常適合作為 TCO 之材質。而 Ag 則不 論膜厚之變化，均呈現非低之電阻率，適合作為底層電極。唯經過一連串高溫回 火實驗後發現，其電阻率均大幅度上升，研判為實驗過程中接觸到空氣，並因高 溫下原子具備相對於室溫更高之反應能力，會與空氣中之氧化物與硫化物等，產 生化合反應。