臺灣博碩士論文加值系統

本論文是探討單晶矽太陽能電池中的表面粗造化和抗反射層製程技術。為使入射光能夠多重反射、多重利用，受光面積增大，使光線被吸收機會增加，太陽電池表面粗糙結構化（texture）設計已是必然步驟，而逆金字塔凹槽結構為最佳之光封存表面結構，並且在高效率單晶矽太陽電池的製作中被廣為利用，本論文使用P 型晶向(100)的矽晶片作為基板，利用KOH 溶液異向性蝕刻後可得到晶向(111)之逆金字塔凹槽結構。對於KOH 溶液在不同的溫度、時間下會有不同的蝕刻速率等製程參數進行研究，並成功製作出面積為20 X 20μm的金字塔結構。
另外在基材上鍍上二氧化矽和氮化矽2種抗反射層薄膜，於可見光波長下（380nm~780nm），比較不同厚度的2種薄膜，尋找出最佳抗反射層厚度和薄膜材料。

The objectives of this thesis are to study roughness of the surface and the anti-reflection layer technique for single crystal silicon solar cell. The design of solar cell surface roughness texture is a necessary step. For incident light get multiple reflections, various applications, enlarging light access area and increase the possibility for light absorbing. Contrary Pyramid sink structure is the best light sealed for safekeeping design and extensively using at high efficiency single crystal solar cell fabrication. P-type(100)silicon is to be the base and to go on anisotropy wet etching in KOH solution that will get contrary Pyramid sink structure. To study KOH etching rates in the different temperature and time. In this way, Pyramid textures with dimension range from 20 to 20 micro were successfully fabricated. By coating anti-reflection films of SiO2 and Si3N4 on the base and comparing both these films in different thickness under the wavelength (380~780 nm) visible light find the best thickness of anti-reflection layer and film materials.

封面
中文摘要…………………………………………………… Ⅰ
Abstract…………………………………………………… Ⅱ
誌謝………………………………………………………… Ⅲ
目錄………………………………………………………… Ⅳ
表目錄……………………………………………………… Ⅷ
圖目錄……………………………………………………… Ⅸ
第一章 緒論……………………………………………… 1
1.1 前言……………………………………………… 1
1.2 研究目的………………………………………… 2
1.3 文獻回顧………………………………………… 3
1.3.1 蝕刻技術(Etching Technology)………… 3
1.3.2 濕蝕刻(Wet etching) …………………… 4
1.3.3 乾蝕刻技術（Dry etching） …………… 5
1.3.4 反應性離子蝕刻(Reactive Ion
Etching ) ………………………………… 6
第二章 基 礎 理 論 …………………………………… 8
2.1 太陽能電池的原理與製程簡介………………… 8
2.1.1 太陽能電池光電轉換基本原理…………… 9
2.1.2 太陽能電池外型特徵……………………… 12
2.1.3 太陽能電池外型特徵……………………… 13
2.2 薄膜沉積(Thin Film Deposition)…………… 15
2.2.1 物理氣相沉積（物理蒸鍍）（PVD）……… 17
2.2.2 蒸鍍(Evaporation)原理 ………………… 20
2.2.3 濺鍍(Sputter)的原理 …………………… 20
2.2.4 化學氣相沉積(Chemical Vapor
Deposition，簡稱CVD) …………………… 23
2.3 微影製程原理 ………………………………… 27
2.3.1 感光材料(光阻)之簡介 ………………… 28
2.3.2 塗底(Priming) …………………………… 30
2.3.3 光阻覆蓋(PR Coating) ………………… 31
2.3.4 光阻軟烤(Soft Bake) …………………… 32
2.3.5 曝光技術…………………………………… 33
2.3.6 曝光後烘烤(Post Exposure Bake) …… 34
2.3.7 顯影(Development) ……………………… 35
2.3.8 硬烤(Hard Bake) ………………………… 35
2.4 使用設備簡介…………………………………… 36
2.4.1 電漿輔助化學氣相沉積(PECVD) ………… 36
2.4.2 可控溫烤箱（Oven）……………………… 37
2.4.3 自動化光阻塗佈及顯影系統(TRACK) …… 38
2.4.4 微影曝光機 ……………………………… 38
2.4.5 TEL TE5000 氧化矽乾式蝕刻機儀器
簡介………………………………………… 39
2.4.6 後段製程化學清洗蝕刻機………………… 40
2.4.7 電子顯微鏡………………………………… 41
2.4.8 UV-vis-紫外-可見光光譜儀 …………… 41
2.4.9 可控溫烤盤（Hot Plate） ……………… 42
第三章 實驗方法 ……………………………………… 43
3.1 金字塔抗反射結構設計製作流程 …………… 43
3.2 金字塔抗反射結構蝕刻深度和蝕刻率計算
方式……………………………………………… 46
第四章 金字塔抗反射結構實驗結果 ………………… 47
4.1 不同蝕刻時間製程參數之表面型態比較……… 47
4.1.1 不同蝕刻時間下之金字塔抗反射結構
圖形………………………………………… 47
4.1.2 不同蝕刻時間下之蝕刻深度和蝕刻率…… 52
4.2 不同蝕刻溫度下製程參數之表面型態比較…… 54
4.2.1 不同蝕刻溫度下之金字塔抗反射結構
圖形………………………………………… 54
4.2.2 不同蝕刻時間下之蝕刻深度和蝕刻率…… 57
第五章 抗反射層薄膜製作參數 ……………………… 59
5.1 PECVD沉積的二氧化矽的製程參數 …………… 59
5.2 PECVD沉積的氮化矽的製程參數 ……………… 60
第六章 抗反射層薄膜實驗結果 ……………………… 61
6.1 不同厚度的二氧化矽（SiO2）抗反射層之反射
率量測比較……………………………………… 61
6.2 不同厚度的氮化矽（Si3N4）抗反射層之反射率
量測比較………………………………………… 63
第七章 結論與未來展望 ……………………………… 66
7.1 結論……………………………………………… 66
7.2 未來展望………………………………………… 68
參考文獻 ………………………………………………… 69
表目錄
表2.1 各類太陽能電池的優點、缺點、發展方向。
表2.2 蒸鍍、分子束磊晶及濺鍍三種PVD法之特性比
較
表2.3 二次電子與氣體分子之撞擊狀況。
表2.4 各種CVD製程的優缺點比較及其應用。
表4.1 不同蝕刻時間下的蝕刻深度和蝕刻率量測值。
表4-2 不同蝕刻溫度下的蝕刻深度和蝕刻率量測值。
表5.1 PECVD沉積的二氧化矽的製程參數。
表5.2 PECVD沉積的氮化矽的製程參數。
圖目錄
圖1-1 以濕式法進行薄膜蝕刻時，蝕刻溶液（即反
應物）與薄膜所進行的反應機制
圖1-2　濕蝕刻與乾蝕刻的比較圖，圖中(a).蝕刻前、
(b).濕蝕刻、(c).乾蝕刻的剖面圖
圖2-1 太陽能電池發電結構示意圖。
圖2-2 太陽電池發電的原理。
圖2-3 薄膜沈積機制的示意圖。
圖2-4 氣相沉積法分類。
圖2-5 濺鍍(Sputter)示意圖。
圖2-6 化學氣相沈積的主要機制示意圖。
圖2-7 電漿輔助化學氣相沉積系統結構示意圖。
圖2-8 正負光阻微影製程示意圖。
圖2-9 正光阻液進行感光、水解與顯影之化學反應
式示意圖。
圖2-10 HMDS反應分子式。
圖2-11 旋轉塗蓋光阻方式。
圖2-12 曝光技術的方式。
圖2-13 電漿輔助化學氣相沉積。
圖2-14 可控溫烤箱（Oven）。
圖2-15 自動化光阻塗佈及顯影系統(TRACK)。
圖2-16 I-LINE-STEPPER微影曝光機。
圖2-17 TEL TE5000 氧化矽乾式蝕刻機。
圖2-18 後段製程化學清洗蝕刻機。
圖2-19 場發射電子顯微鏡。
圖2-20 UV-vis-紫外-可見光光譜儀。
圖2-21 可控溫烤盤。
圖3-1 在晶片上以PECVD沉積6000 Å的SiO2。
圖3-2 在晶片上再覆蓋一層3900 Å的光阻。
圖3-3 將沒有光阻覆蓋的SiO2蝕刻。
圖3-4 將晶片上的光阻去除，只留下SiO2。
圖3-5 使用KOH蝕刻後的晶片，並製作出金字塔抗
反射結構。
圖3-6 金字塔抗反射結構示意圖
圖4-1 未使用KOH蝕刻的晶片。
圖4-2 KOH蝕刻10分鐘，在晶片上大小2個金字塔結
構圖形。
圖4-3 KOH蝕刻10分鐘，在晶片上面積為20 X 20μm
金字塔結構圖形。
圖4-4 KOH蝕刻20分鐘，在晶片上大小2個金字塔結構
圖形。
圖4-5 KOH蝕刻20分鐘，在晶片上面積為20 X 20μm
金字塔結構圖形。
圖4-6 KOH蝕刻30分鐘，在晶片上大小2個金字塔結構
圖形。
圖4-7 KOH蝕刻30分鐘，在晶片上面積為20 X 20μm
金字塔結構圖形。
圖4-8 KOH蝕刻40分鐘，在晶片上大小2個金字塔結構
圖形。
圖4-9 KOH蝕刻40分鐘，在晶片上面積為20 X 20μm
金字塔結構圖形。
圖4-10 不同蝕刻時間和蝕刻率曲線圖。
圖4-11 不同蝕刻時間和蝕刻深度曲線圖。
圖4-12 KOH 40℃蝕刻晶片，得到大小2個金字塔結構
圖形。
圖4-13 KOH 40℃蝕刻晶片，得到面積為20 X 20μm金
字塔結構圖形。
圖4-14 KOH 60℃蝕刻晶片，得到大小2個金字塔結構
圖形。
圖4-15 KOH 60℃蝕刻晶片，得到面積為20 X 20μm金
字塔結構圖形。
圖4-16 KOH 80℃蝕刻晶片，得到大小2個金字塔結構
圖形。
圖4-17 KOH 80℃蝕刻晶片，得到面積為20 X 20μm金
字塔結構圖形。
圖4-18 不同蝕刻溫度和蝕刻率曲線圖。
圖4-19 不同蝕刻液溫度和蝕刻深度曲線圖。
圖6-1 未鍍任何物質（單晶矽）。
圖6-2 厚度3000Å的二氧化矽之反射率量測結果。
圖6-3 厚度6000Å的二氧化矽之反射率量測結果。
圖6-4 厚度12000Å的二氧化矽之反射率量測結果。
圖6-5 厚度3000Å的氮化矽之反射率量測結果。
圖6-6 厚度6000Å的氮化矽之反射率量測結果。
圖6-7 厚度12000Å的氮化矽之反射率量測結果。

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