臺灣博碩士論文加值系統

中文摘要

太陽能是一種使用方便、不受地形所限制的能源，而且它具有取之不竭用之不盡的特性，太陽電池即是一種能將太陽能有效轉換成電能的元件，所以太陽電池一直是先進國家的研究重點。因太陽電池的研究，大都著重在光電轉換率上，其光電轉換率的研究可分為兩個大方向。
1.為半導體材料電子能階躍遷上要如何提昇的研究，太陽電池的發展最早可以追朔至19世紀中，而砷化鎵GaAs太陽電池的研究發展則開始於西元1955年D.A.Janny〔1〕等人，當時的效率大約為5%，相較於矽太陽電池而言，效率低且發展慢。直到西元1972年為止室溫下的砷化鎵GaAs太陽電池在效率上一直未曾超越矽太陽電池。但是在西元1975年到西元1985年間，砷化鎵GaAs太陽電池在效率上有了長足的進步，這是由於PN接面品質的改善以及製程技術的進步所致。
2.為光學上光源的入射、折射、反射、穿透、吸收如何能達較高效率的研究，一般半導體材料對入射光的反射率約為0.3，也就是當光線入射到太陽電池表面時，約有30%的入射光會被反射掉，有介以此為了提昇及減少光學上的損耗，本論文利用幾何光學來描述光線在太陽電池的路經行為，即所謂的光線追跡法(Ray Tracing)。光線追跡法即是透過光線追蹤，分析光線在物件之間的行徑，並以取樣方式，得到光亮度及分佈。
本論文利用此方法，設計了一種新的高效型太陽電池的構造，其架構原理為將抗反層設計為Micro Lens 其優點是;可以將光源有效聚光射入電層及在光源反射時，也可有效的反射回電極層，並比較現已量化之太陽電池的架構作比分析，依其數據顯示可顯提昇7~18%的光源吸收率。

Abstract

solar emerge is a useful and unlimited power. the solar cell is a tool which can translate solar emerge to electric emerge, so it is always a research project focal point in the advanced country。In the recently research , it always focus on the optic-electric transition efficiency，that can be distinguished unto
1.How to increase electric energy level of the
transmission in the semi-conductor material. The research of solar cell can be traced back to 19 century, solar cell was made by GaAs beginning from 1955 by D.A.Janny ，The efficiency is about 5 percents. only and comparing with solar cell made by Si The efficiency of GaAs could not exceed That of Si until to 1972.。In the 1975 to 1985,it The efficiency of GaAs made a lot of improvement. This is due to the progress of P-N junction qualities and the process technology.
2.How to improve the efficiency under fundamental physical behaviors In general ,the reflection of incident ray is 0.3 in the semi-conductor, it means there is only 30 percent reflection rate when the sun-light reach to the surface of solar cell. In order to improve the efficiency ,this research studies was used geometry optical to describe the rays path in the solar cell (Ray Tracing),this method is called ray tracing and ray tracing can trace the ray path in the component. It can get a distribution map of luminance by sampling.
this studies was used this method to design a high-performance structure was named Micro Lens. The theorem is to design the anti-reflection as Micro lens, it can focus rays to the electric layer even the reflect rays, comparing to the produced structure of solar cell. The final result was shown the efficiency improved about 7 to 18 percents higher

目錄
謝誌............................................................................................................I
中文摘要………………………………………………………….........II
英文摘要…………………………………..……………………….. IV
第一章 前言……….…………………………………………………….1
第二章 太陽電池結構與其理論….……………………………………8
2-1 電子的波動與粒子二元性….……………………………………8
2-2 薛丁格方程式………………………………………………………9
2-3 波耳的氫原子模型……………………………………………….10
2-4 波耳氫原子模型的困難….……………………………………11
2-5 氫原子之薛丁格方程式….……………………………………11
2-6 矽原子軌道………………………………………………………12
2-7 能階分裂….………………………………………………………13
2-8能帶的形成….……………………………………………………14
2-9 矽原子的能帶……………………………………………………14
2-10 直接能隙半導體與間接能隙半導…………………………….15
2-11 載子傳導現象….………………………………………………16
2-12 電子與電洞….…………………………………………………16
2-13 能態密度…………………………………………………………17
2-14 Fermi-Dirac函數……….……………………………………. 18
2-15本徴半導體載子濃度….…………………………………………18
2-16 PN接面及IV族元素特性….……………………………………21
2-17理想二極體方程式的條件………………………………………22
第三章 系統模型與理論….…………………………………………24
3-1 光線….…………………………………………………………24
3-2 光源(太陽能譜)…………………………………………………26
3-3 抗反射膜(各種造形及收光原理)……….……………………. 29
3-3-1 PVD法….………………………………………………………31
3-3-2 CVD法…………………………………………………………32
3-3-3 其他方法……….……………………………………………. 32
3-3-4 Texture太陽電池構造….……………………………………32
3-3-5 PESC太陽電池構造….……………………………………35
3-3-6 PEFC太陽電池構造………………………………………37
3-3-7 MLEFC太陽電池構造………………………………………37
第四章 模擬結果與討論….…………………………………………40
4-1 各種構造抗反射膜之模擬設計架構….…………………………40
4-1-1 各種抗反射膜Cell設計說明….………………………………40
4-1-2 各種抗反射膜array設計說明………………………………42
4-1-3 電極線路層設計說明…………………………………………43
4-1-4矽基板的設計說明….…………………………………………45
4-1-5模擬光源的設計說明…………………………………………46
4-1-6積分球的設計說明……………………………………………47
4-1-7各造型太陽電池的局部放大圖….……………………………48
4-1-8各類型太陽電池相關模擬元件整合圖………………………49
4-1-9 各類型太陽電池模擬過程說明1………………………………50
4-1-10 各類型太陽電池模擬過程說明2……………………………51
4-1-11各類電池依照上列條件值所模擬的照度分析圖……………55
4-2各種構造抗反射膜之模擬比較……………………………………59
4-2-1各種構造抗反射膜之光照度與折射率關係圖………………59
4-2-2各種構造抗反射膜之光照度與膜厚關係圖…………………60
4-2-3各種構造抗反射膜相對光源光線與照度關係圖……………61
第五章 結論…………………………………………………………62
參考文獻………………………………………………………………63

圖例索引
圖1-1….…………………………………………………………………4
圖1-2….…………………………………………………………………5
圖2-1….…………………………………………………………………8
圖2-2….…………………………………………………………………9
圖2-3….………………………………………………………………10
圖2-4….………………………………………………………………11
圖2-5….………………………………………………………………11
圖2-6….………………………………………………………………13
圖2-7….………………………………………………………………13
圖2-8….………………………………………………………………14
圖2-9….………………………………………………………………14
圖2-10….………………………………………………………………15
圖2-11….………………………………………………………………16
圖2-12….………………………………………………………………17
圖2-13….………………………………………………………………18
圖2-14….………………………………………………………………19
圖2-15….………………………………………………………………20
圖2-16….………………………………………………………………20
圖2-17….………………………………………………………………20
圖2-18….………………………………………………………………22
圖2-19….………………………………………………………………23
圖3-1….………………………………………………………………25
圖3-2….………………………………………………………………27
圖3-3….………………………………………………………………28
圖3-4….………………………………………………………………33
圖3-5….………………………………………………………………33
圖3-6….………………………………………………………………34
圖3-7….………………………………………………………………34
圖3-8….………………………………………………………………35
圖3-9….………………………………………………………………36
圖3-10….………………………………………………………………37
圖3-11….………………………………………………………………38
圖3-12….………………………………………………………………39
圖3-13….………………………………………………………………39
圖4-1….………………………………………………………………40
圖4-2….………………………………………………………………40
圖4-3….………………………………………………………………41
圖4-4….………………………………………………………………41
圖4-5….………………………………………………………………42
圖4-6….………………………………………………………………42
圖4-7….………………………………………………………………42
圖4-8….………………………………………………………………42
圖4-9….………………………………………………………………44
圖4-10.………………………………………………………………44
圖4-11.………………………………………………………………45
圖4-12.………………………………………………………………45
圖4-13.………………………………………………………………46
圖4-14.………………………………………………………………47
圖4-15.………………………………………………………………48
圖4-16.………………………………………………………………48
圖4-17.………………………………………………………………48
圖4-18.………………………………………………………………48
圖4-19.………………………………………………………………49
圖4-20.………………………………………………………………49
圖4-21.………………………………………………………………49
圖4-22.………………………………………………………………49
圖4-23.………………………………………………………………50
圖4-24.………………………………………………………………50
圖4-25.………………………………………………………………50
圖4-26.………………………………………………………………50
圖4-27.………………………………………………………………52
圖4-28.………………………………………………………………52
圖4-29.………………………………………………………………53
圖4-30.………………………………………………………………53
圖4-31.………………………………………………………………55
圖4-32.………………………………………………………………56
圖4-33.………………………………………………………………57
圖4-34.………………………………………………………………58
圖4-35.………………………………………………………………59
圖4-36.………………………………………………………………60
圖4-37.………………………………………………………………61







表格索引
表2-1….………………………………………………………………12
表2-2….………………………………………………………………17
表2-3….………………………………………………………………19
表3-1….………………………………………………………………29
表3-2….………………………………………………………………31

參考文獻:
1:太陽電池基礎技術/曾衍彰(2005/04)P.24~56
2:光學薄膜基本設計結構及製作方法/魏朝滄P.3-17~3-19
3: Physics of Semiconductor Devices 2nd Edition, S. M. Sze, P. 790~800
4:M. P. Thekaekara, “Data on Incident Solar Energy”,Suppl.Proc.20th Annu. Meet Inst. Environ.Sci. 1974. P. 21
5:Principal Conclusions of the American Physical Society study Group on Solar Photovoltatc Energy Conversion, American Physical Soity, New York,1979
6:S. P. Tobin, S. M. Vernon, C. Bajgar, V. E.Harven
7:國立功成大學/企業管理研究所/太陽能電池產業進入模式/陳忠仁Ph.D./鄭榮杰、羅有至、王君玲、曾文忠、曹弘達、鄭智軒(2004)
P.5~13
8:國立交通大學/電子物理研究所/化合物半導體太陽電池之研究/李威儀Ph.D./楊玉惠(1997/07)P.63~65
9:國立台灣科技大學/電子工程系/利用半圓柱透鏡與溝槽結構來增進前光模組LCD的亮度與均勻度/黃忠偉Ph.D./林明德(2003/07)P.7、8、9、20
10:Semiconductor Physics & Devices, Second Edition by Donald A. Neamen ISBN:0-256-20869-7 Copyright©1997.1992 by McGraw-Hill,Inc.All rights reserved.P.303~314
11:半導體元件物理與製作技術第二版，施敏、黃調元，國立交通大學出版社，2002
12:半導體工程-先進製程與模擬，羅正中、李嘉平、鄭湘原，培生圖書，2002
13:國立交通大學/電子物理研究所/高效率砷化鎵GaAs太陽電池之製作與理論模擬分析/李威儀Ph.D./李奇霖(1996/07)P.1、3、4