臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要利用AMPS-1D模擬程式來分析探討影響硒化銅銦鎵太陽能電池的元件特性，吾人先建立起CIGS太陽電池的各層材料參數和模擬模型，變化CdS緩衝層的掺雜濃度和厚度、高再結合層的能隙寬和厚度、Cd擴散表面層的厚度與CIGS吸收層的厚度、載子濃度和電子電洞的移動率，研究這些材料參數如何影響CIGS太陽能電池的表現和去獲得最佳的輸出參數。
典型的高效率的CIGS太陽能電池是使用CdS當作緩衝層，但是它會有環境安全的問題，去除Cd的緩衝層材料ZnS是最有希望取代CdS的材料，CIGS太陽能電池製造使用ZnS緩衝層在短波長區域有高的量子效應，但卻有開路電壓Voc和填充因子FF低落的問題。改變ZnS緩衝層的電子親合力、厚度和掺雜濃度利用AMPS-1D模擬程式來模擬，研究對CIGS太陽能電池表現的影響，結果顯示好的能帶校準才能製造出高效率ZnS緩衝層CIGS太陽能電池。

Some device properties of effects upon the performance of copper indium gallium diselenide solar cells are analyed by means of the device simulation tool of AMPS-1D (Analysis of Microelectronic and Photonic Structures). First, the modeling and material parameters of all layers in CIGS solar cells are established. The effects of doping density and thickness of various CdS buffer layer, bandgap energy of high-recombination interface, thickness of Cd-doping surface layer, and hole density, thickness, and electron and hole mobility of CIGS absorber on the CIGS solar cells. We also investigate how the material parameters affect the performance of CIGS solar cells.
High-efficiency CIGS solar cells employ the CdS buffers layer typically. However, the use of cadmium is not accepted from the viewpoint of environmental safety. Cd-free buffer layers such as ZnS are the attractive alternative. CIGS solar cells with the ZnS buffer layers have higher quantum efficiency at short wavelengths, but Voc and FF are lower.
The various electron affinity, thickness and doping density of ZnS buffer layer of CIGS solar cells are simulated by the device simulation tool of AMPS-1D. With the simulation results, the high-efficiency CIGS solar cells with the ZnS buffer could be achieved by applying the proper band alignment.

第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 太陽能電池的優點、理想太陽電池的材料和簡介太陽電池的種類 1
1.3 為何研究CIGS太陽電池？ 4
1.4 論文架構 5
第二章 背景理論 7
2.1 太陽幅射光譜 7
2.2 太陽能電池裝置原理 8
2.3 太陽電池的電路模型 10
2.4 太陽電池串聯電阻和並聯電阻 13
2.5 窗口層 14
2.6 透明導電氧化物 15
2.7 再結合作用 15
2.8 量子效率 16
2.9 CIGS太陽電池結構與各層薄膜之需求與功能要求 18
第三章 CIGS太陽電池結構和各層參數的介紹與建立 21
3.1簡介 21
3.2模擬方式 22
3.2.1 CIGS太陽電池結構與輸入參數的建立 22
3.2.2 變化各層材料參數和厚度 29
3.3 結果與討論 30
3.3.1 電池結構模型與參數的模擬結果 30
3.3.2 變化CdS緩衝層厚度和掺雜濃度模擬結果 32
3.3.3 變化高再結合交界層厚度和能隙寬模擬結果 35
3.3.4 變化Cd擴散掺雜表面層厚度模擬結果 38
3.3.5 變化CIGS塊材吸收層厚度、電洞濃度、缺陷密度和電子電洞的移動率模擬結果 39
第四章 ZnS緩衝層的CIGS太陽能電池特性分析 45
4.1介紹 45
4.2模擬方式 46
4.2.1 建立ZnS緩衝層CIGS太陽電池的Zn擴散模擬模型 46
4.2.2 模擬ZnS緩衝層對CIGS太陽能電池效率的影響分析 48
4.2.3 模擬CIGS太陽能電池ZnS緩衝層和CIGS吸收層間能帶變化 49
4.2.4 變化ZnS緩衝層掺雜濃度對CIGS太陽能電池表現影響分析 50
4.2.5 變化Zn擴散掺雜表面層厚度對CIGS太陽電池表現影響分析 51
4.2.6 變化i-ZnO層厚度對CIGS太陽電池表現影響分析52
4.3結果與討論 52
第五章 結論及未來方向 61
參考文獻 63

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