臺灣博碩士論文加值系統

本研究使用稀釋奈米銀水溶液塗佈於矽晶太陽能電池表面，利用表面電漿子結構捕捉太陽光，促使得太陽能電池能吸收更多的光進來，進而提升效率。
第一部分為將稀釋的水溶液奈米銀溶液濃度分別調適為10%、20%、30%、40%，進一步塗佈於小尺寸(2cm*2cm)矽晶太陽能電池上。
第二部分為溶液使否會影響金屬奈米粒子的效率；之前學長使用甲苯溶液金奈米粒子，所以本實驗採用甲苯溶液塗抹在小尺寸(2cm*2cm)矽晶太陽能電池上，在與之作比較。
第三部分為工業上之應用大尺寸(15.6cm*15.6cm)太陽能電池表面上塗佈水溶液奈米銀。
本研究使用場發射掃描式電子顯微鏡（FE-SEM）觀察表面奈米銀分佈、太陽能電池特性模擬器，來研究太陽能電池的特性，也進一步使用紫外光/可見光分光光譜儀（UV/VIS）探討光學特性。

In this study,dilute nano-silver solution was coating on the surface of silicon solar cells that its surface plasmonic structure can prompt the absorption of the solar cell, thereby enhancing the correspondent efficiency. In the first part, the correspondent concentration of diluted nano-silver solutions 10%, 20%, 30% and 40% are coated on the anti-reflective layer of each silicon solar cell which has a size of 2x 2 mm2 . The second part is coated with the toluene liquid and annealed. The third part of this thesis is the large-scale, 156 x 156 mm2, solar cells coated with nano-silver. All for the efficiency enhancement of the different conditions’ nanopartcles coated silicon solar cells.The surface distribution of nano-silver was observed by the field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and various characteristics of the solar cell were studied by using the current-voltage curve measurement on the solar cell simulator. Further, the ultraviolet / visible- Spectroscopy (UV / VIS) was used to investigate the coated layers’ optical properties.

目錄
指導教授推薦書…………………………………………………………...
口試委員會審定書………………………………………………………...
致謝……………………………………………………………………...iii
摘要……………………………………………………………………...iv
Abstract…………………………………………………………………...v
目錄……………………................................................................vi
圖目錄…………………....................................................................ix
表目錄………………………………......................................................xii
第一章 導論…………………...………………………………….…….1
1.1前言……………..………………………………...………..1
1.2太陽能電池發展介紹………………………………….…..4
1.3研究目的與動機………………………………………….11
第二章 實驗原理…………................................................................12
2.1太陽入射定義與太陽光輻射強度……………….………12
2.2太陽能電池工作原理…………………………………….17
2.2.1半導體太陽能電池之P-N接面…………………...…..17
2.2.2半導體材料光吸收……………………………………..18
2.2.3太陽能電池測量………………………………….…….21
2.3金屬奈米粒子與表面電漿應用……………………...…..26
2.4塗抹甲苯溶液實驗…………………………………….…30
第三章 實驗方法和實驗設備…………………………………….......32
3.1元件製造過程………………………………………...…..32
3.2奈米銀粒子吸收光譜…………………………………….35
3.3實驗步驟………………………………………...………..36
3.4儀器分析設備與原理………………………………….....38
3.4.1 UV/VIS/NIR光譜儀…………………...........................38
3.4.2場發射掃描式電子顯微鏡(Field-Emission Scanning Electron Microscopy，FE-SEM)…………………………….39
3.4.3太陽能光源模擬器(Solar Simulator)…………………..41
3.4.4能量散佈光譜儀(Energy Dispersive Spectrometer , EDS)…………………………………………..………………42
第四章 實驗結果與討論...............................................................44
4.1矽晶太陽能電池的表面塗布奈米銀粒子電性分析…….44
4.1.1塗佈30nm奈米銀粒子電性分析…………….…….…44
4.1.2塗佈50nm奈米銀粒子電性分析……………………..49
4.1.3塗佈70nm奈米銀粒子電性分析………..…................53
4.2旋轉塗佈甲苯溶液在矽晶太陽能電池表面進行退火的電性分析………………………………………………………...57
4.3大尺寸的太陽能電池表面旋轉塗佈水溶液奈米銀粒子電性分析………………………………………………………...60
第五章 結論………………………………………………………..….66
參考文獻………………………………………………………………...67

圖目錄
圖1.1全球太陽能系統年裝置量。(太陽能電力年需求逐漸提升)…..3
圖1.2太陽能電池分類………………………………………………….5
圖1.3矽太陽能電池…………………………………………………….7
圖1.4CIGS薄膜太陽能電池的結構……………………………………8
圖1.5三階面太陽能示意圖…………………………………………….9
圖1.6砷化鎵奈米線/PEDOT:PSS混成太陽能電池元件結構示意圖.10
圖2.1空氣質量定義示意圖…………...................................................13
圖2.2太陽光頻譜………………….......................................................14
圖2.3 AM1.5太陽光譜圖……………...................................................15
圖2.4 ASTM G173-03太陽能光譜……………………........................16
圖2.5太陽能電池的原理圖…………………………………………...17
圖2.6 p-n接面太陽能電池的基本結構示意圖……………………….18
圖2.7（a）本質轉換（Intrinsic transition），hv>Eg…………………19
圖2.7（b）外質轉換（Extrinsic transition），hv<Eg………...………19
圖2.8直接能隙與間接能隙的E-k圖…………………………….…..20
圖2.9 p-n接面照光前（a）後（b）能帶圖……………………...…..21
圖2.10太陽能電池等效電路圖………………………………….……22
圖2.11太陽能電池電流-電壓特性曲線……………………...……….24
圖2.12產生電偶極耦合的金屬奈米球示意圖……………………….27
圖2.13應用在太陽能電池上的三種電漿子示意圖………………….29
圖3.1矽晶太陽能電池製造流程示意圖……………………………...32
圖3.2矽晶太陽能電池結構示意圖……………………………...……32
圖3.3旋轉塗佈奈米粒子流程圖…………………….…………...…...34
圖3.4奈米銀粒子30nm、50nm、70nm光吸收度………….……….35
圖3.5太陽能電池表面金屬奈米粒子製作流程圖………………..….36
圖3.6太陽能電池甲苯抗反射層製作流程圖………………………...37
圖3.7表面奈米粒子的完整結構圖………………………………...…37
圖3.8 UV/VIS光譜儀示意圖………………………………………….39
圖3.9 SEM原理示意圖……………………………………………..…40
圖3.10場發射掃描式顯微鏡結構圖………………………………….41
圖3.11太陽能光源模擬器架構圖…………………………...………..42
圖3.12能量散佈光譜儀原理圖.............................................................43
圖4.1矽晶太陽能電池旋轉塗佈不同濃度(30nm)奈米銀粒子Jsc-V..46
圖4.2旋轉塗佈不同濃度(30nm)奈米銀粒子Voc(V) error bar…...….46
圖4.3旋轉塗佈不同濃度(30nm)奈米銀粒子Jsc(ma/cm2) error bar...47
圖4.4旋轉塗佈不同濃度(30nm)奈米銀粒子FF(填充因子) error bar.47
圖4.5旋轉塗佈不同濃度(30nm)奈米銀粒子效率error bar………....48
圖4.6矽晶太陽能電池旋轉塗佈不同濃度(50nm)奈米銀粒子Jsc-V..50
圖4.7旋轉塗佈不同濃度(50nm)奈米銀粒子Voc(V) error bar………50
圖4.8旋轉塗佈不同濃度(50nm)奈米銀粒子Jsc(ma/cm2) error bar...51
圖4.9旋轉塗佈不同濃度(50nm)奈米銀粒子FF(填充因子) error bar.51
圖4.10旋轉塗佈不同濃度(50nm)奈米銀粒子效率error bar………...52
圖4.11矽晶太陽能電池旋轉塗佈不同濃度(50nm)奈米銀粒子Jsc-V………………………………………………………………………...54
圖4.12旋轉塗佈不同濃度(50nm)奈米銀粒子Voc(V) error bar….….54
圖4.13旋轉塗佈不同濃度(50nm)奈米銀粒子Jsc(ma/cm2) error bar.55
圖4.14旋轉塗佈不同濃度(50nm)奈米銀粒子FF(填充因子)errorbar.55
圖4.15旋轉塗佈不同濃度(50nm)奈米銀粒子效率error bar……...…56
圖4.16塗抹甲苯退火後XRD分析圖…………………………...……58
圖4.17旋轉不同濃度的金奈米粒子Jsc-V圖………………..………59
圖4.18旋轉塗佈不同濃度的金奈米粒子歸一化效率圖………...…..60
圖4.19大尺寸旋轉塗佈不同濃度奈米銀粒子Voc(V) error bar……..61
圖4.20大尺寸旋轉塗佈不同濃度奈米銀粒子Isc(ma) error bar….…62
圖4.21大尺寸旋轉塗佈不同濃度奈米銀粒子Isc(ma) error bar….…62
圖4.22大尺寸旋轉塗佈不同濃度奈米銀粒子FF(%) error bar….….63
圖4.23割成21片(2*2)小尺寸效率圖……………………….…….…64
圖4.24 SEM-50nm奈米銀單晶矽太陽能電池…………………….….65


表目錄
表2-1不同空氣質量的單位面積入射功率表…………...……………16
表4-1旋轉塗佈不同濃度奈米銀粒子(30nm)前後效率值……...……48
表4-2旋轉塗佈不同濃度奈米銀粒子(50nm)前後效率值………...…52
表4-3旋轉塗佈不同濃度奈米銀粒子(70nm)前後效率值………...…56
表4-4旋轉塗佈甲苯一次的前後效率值………………………...……57
表4-5旋轉塗佈甲苯二次的前後效率值………………………...……58
表4-6旋轉塗佈不同濃度奈米金子前後效率值……………….……..59

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