全球能源需求逐年攀高，在節能及環保意識抬頭下，本實驗室致力發展再生能源，以推展使用再生能源為目標；以再生能源來說，無論水力、風力、地熱發電來說，均需以動能轉換方式來獲得轉換效率，而太陽能發電則是利用太陽光轉換成電能之發電系統，在太陽能發電系統中無可動部分，不像風力、水力、地熱等發電系統中均須用到轉動機械，因此不會有高溫高壓及噪音等困擾，在發電過程中不造成環境負擔，為一潔淨地綠色能源。另外，太陽光源取之不盡用之不竭的特性，使得太陽能發電系統能具有永續利用之一大優點。 太陽能電池的種類眾多，而CIGS(銅銦鎵硒)薄膜太陽能電池擁有高轉換效率及發展潛力而受到矚目，目前CIGS薄膜太陽能電池最高轉換效率由德國ZSW所創造，其效率已達21.7%。從圖中可以看到各式太陽能電池轉換效率之發展，其中CIGS從1995年發展至今轉換效率已經提高足足有8%之多，足以看出CIGS在轉換效率上的發展潛力。。

CIGS太陽電池元件中的關鍵就是吸收層的品質，CIGS吸收層的品質決定了太陽能電池效率好壞，而控制CIGS成分組成及良好的晶體成長，是很重要的兩個關鍵。以化合物半導體的角度來看，成分組成可以決定CIGS電池的效率極限，而晶體的成長及元件的製作優劣，決定了實際效率接近效率極限的程度。截至目前，CIGS的最佳組成成份已被確定，然而仍缺乏有系統的研究，此外其相對應的結構以及形貌也尚未被探討，若要制備高品質的CIGS吸收層不論是濺鍍或共蒸鍍來講都必須花費大量的時間和成本，因而不可忽視吸收層成長機制的研究。

CIGS太陽能電池現在正如火如荼地開發中，不論國內外都在積極的研究與發展，然而大多仍著眼在電池效率上，缺乏結構與個別光電性質上的探討，使得藉由改善吸收層來進一步提升太陽能電池效率有相當的困難度。

本團隊多年來持續累積真空技術能量，除了發展設計真空相關設備及系統外，更致力於各種薄膜材料製程開發及薄膜材料光電性質的量測，累積豐富經驗並獲得豐碩研究成果。因此，以本研究團隊為發展中心積極與國內中山科學研究院合作，以共蒸鍍法作為高品質CIGS吸收層的發展重點，並且與國內研創材料科技股份有限公司合作嘗試以各種金屬元素摻雜在各式TCO靶材中發展具高穿透率與高遷移率的TCO薄膜以及在廣繼科技真空設備商的合作之下建立起CIGS太陽能電池研發團隊。為研究發展CIGS太陽能電池，以期將國內太陽能產業水準拉高，必須針對各膜層之研究著手。



Mo薄膜背電極

為了制備良好附著性與低電阻率的Mo薄膜背電極，必須先針對在不同工作壓力之下制備的Mo薄膜進行研究。如下所示：在2.5mTorr時制備的Mo薄膜具有最低的電阻率，然而，其附著性較其餘相對高的工作壓力下所致備的Mo薄膜差。由此可知Mo薄膜的性質是基於濺鍍過程中，工作壓力對於氣體分子碰撞平均自由路徑的效應，而造成薄膜沉積於基板時的動能改變，進而影響薄膜晶體的應力應變。透過不同工作壓力制備堆疊bi-layer Mo薄膜背電極，可獲得良好附著性與6.57μΩ-cm的最低電阻率，並且應用於1階段共蒸鍍法制備的CIGS吸收層可獲的10.4%的光電轉換效率。

 
Ga梯度行為在二元濺鍍後硒化的研究

為了針對量產與大面積化制備單一相的CIGS，本研究以CuGa跟In靶材濺鍍CuGa/In前驅物並且蒸鍍2um的Se薄膜進行後Se化退火。主要目的是為了研究Ga元素在Se化過程中的梯鍍行為與各個反應發生時的相變化及各元素的擴散行為。當硒化溫度為350℃時，傾向優先形成CuInSe相，此外，GaSe元素參與的反應路徑較慢，致使CuInSe與CuGaSe相分離於薄膜中發生。透過SIMS進行了縱深分析，發現大量Na元素駐留於薄膜的晶界中。隨溫度增加到550℃可以觀察到Na元素呈現與Ga元素相同的梯度分佈。推測Na由SLG玻璃基材擴散到CIGS吸收層的同時玻璃基材中的氧以NaOx的形式擴散並且存在於薄膜中，顯示氧化不僅是透過Na催化增強，而且透過氧也協助Na擴散。因此，當基板溫度增加到550℃時，Ga元素具有足夠的驅動力向薄膜表面擴散，同時，Ga與O的陰電性差異是整個系統材料中相差最大進而傾向形成Ga-O鍵結。致使Ga元素在薄膜中呈現梯度分佈。