臺灣博碩士論文加值系統

本論文主旨在提升矽基太陽電池效率的製程技術，過程採用n型(100)矽晶片作為基板，首先以黃光微影製程和利用KOH 蝕刻所形成逆金字塔結構，具體改變逆金字塔結構密度，探討逆金字塔結構密度對反射率之影響；另外，本文利用離子佈植製作BSF層降低介面間的載子複合速率，可提升少數載子的收集率；再以高密度電漿化學氣相沉積製作非晶矽薄膜，對本質非晶矽、p型非晶矽薄膜的光電特性進行分析，形成單晶/非晶異質接面，藉以瞭解本質非晶矽與p型非晶矽對元件的影響；接著使用(RF)射頻濺鍍系統，濺鍍Zno:Al(98:2 wt%)薄膜製做正面電極，並在製程最後製作太陽能電池鋁背電極。
本文製作p(a-Si)/i(a-Si:H)/n(c-Si)異質接面太陽能電池，經半導體參數分析儀量測其I-V曲線。實驗結果顯示，該組合後太陽能電池可獲得Voc=0.60V，Jsc=30mA/cm2，曲線因子F.F.為62.08%，實際效能約為11.13%之成果。

This paper is aimed to improve the efficiencies of silicon solar cell using semiconductor fabrication technologies. The research first adopts n-type (100) silicon wafers as substrates, and applies KOH etching in the photolithography process to form inverted pyramid structures. The density of the inverse pyramid structures is varied to investigate its impact factor on the reflectivity for the solar cells. In addition, the paper performs high-density plasma chemical vapor deposition to fabricate amorphous silicon thin films. Then, the author can study solar cells performances with single crystal / hydrogenised amorphous silicon heterojunctions, the effects of p-type amorphous silicon films deposited over p-type single crystal films, as well as the influences from p-type amorphous silicon layers and intrinsic layers. Also, the research executes ion implantation to fabricate BSF layers, which are intended to decrease the carrier recombination rate within the interfacing regions, and to improve the minority carrier collection rates. Furthermore, this research employes RF sputtering system to fabricate AZO transparent conductive thin films, and then learns the effects of adjusted processing parameters to the electrical and optical film properties. In the end, hydrogen plasma is used to perform the film post-processing, and the conductive films are then utilized as solar cell electrodes.

After using a semiconductor parameter analyzer to perform a series of experimental measurements, the obtained IV curves suggest that the prototyped solar cells can obtain an open circuit voltage Voc = 0.60V, a short circuit current Jsc = 30mA/cm2, a fill factor FF of 62.08%, and an actual efficiency is about 11.13%.

誌謝 I
摘要 II
ABSTRACT III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 研就動機 1
1.2 研究目的 2
1.3太陽能電池種類 3
1.4 文獻回顧 8
1.5研究內容 14
1.6 本章結論 15
第二章 太陽能電池基本理論 17
2.1 太陽能輻射和吸收 17
2.2 太陽能光電能原裡 19
2.3 光伏效應 22
2.4 光電流 23
2.5 暗電流 25
2.6 開路電壓與短路電流 26
2.7 太陽能電池等效電路 27
2.8 太陽能電池I-V特性 29
2.9 效率 30
2.10 透明導電膜 33
2.10.1 氧化鋅薄膜摻雜鋁之電學性質 36
2.10.2 氧化鋅薄膜摻雜鋁之光學性質 37
2.11 非晶矽薄膜特性 38
2.11.1 非晶矽光劣化現象 39
2.12 影響效率之素 40
2.11.1 表面結構化 41
2.12.2 抗反射層 42
2.13 效率損失之探討 43
2.14 太陽能電池產業發展趨勢分析 44
2.14.1 太陽能產業之國際觀 44
2.14.2 太陽能產業分析 48
2.14.3 國內太陽能光電產業鏈分析概況 50
2.14.4 太陽能產業建議 51
2.14.5 結論 52
2.15 本章結論 53
第三章 實驗方法與步驟 54
3.1主要儀器設備 54
3.1.1 Wet Bench 54
3.1.2氧化擴散系統 55
3.1.3 n ﹠k薄膜測厚儀 56
3.1.4 光罩對準儀 56
3.1.5 RF射頻濺鍍機 56
3.1.6 場發射掃描式電子顯微鏡 57
3.1.7 中電流離子佈植機 58
3.1.8 高密度電漿化學氣相沉積 58
3.1.9 電子束蒸鍍系統 59
3.1.10 四點探針電阻量測系統 60
3.2 材料選擇 61
3.3 太陽能電池之製作流程 61
3.4 研究方法與步驟 62
3.5 本章結論 74
第四章 太陽能電池結構分析 75
4.1 逆金字塔表面結構分析 75
4.2 不同密度逆金字塔結構分析 82
4.3 氫化非晶矽實驗設計 85
4.3.1 氣體流量(SiH4/H2) 86
4.3.2 RF射頻功率 89
4.3.3 反應壓力 92
4.4 非晶矽摻雜 94
4.5 背電場(Back Surface Field) 95
4.5.1 不同退火時間之元件特性分析 99
4.5.2 不同退火溫度之元件特性分析 100
4.6 AZO透明電極 101
4.6.1 濺鍍時間對厚度分析 102
4.6.2 濺鍍功率對厚度分析 103
4.6.3 濺鍍壓力對厚度分析 104
4.7 X-ray繞射分析 105
4.7.1 X-ray繞射功率分析 106
4.7.2 X-ray繞射壓力分析 106
4.7.3 X-ray繞射時間分析 107
4.8 薄膜表面型態分析(射頻功率) 108
4.9 薄膜表面型態分析(濺鍍工作壓力) 109
4.10 薄膜表面型態分析(時間) 110
4.11 光學性質分析 111
4.12 電性分析結果 112
4.13 金屬電極 113
4.14 量測分析 114
4-15 本章結論 116
第五章 結論與未來展望 117
5.1 研究討論 117
5.2 未來展望 119
參考文獻 120
個人簡歷 123

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