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研究生:莊濬澤
研究生(外文):Chun-Tse Chuang
論文名稱:應用在太陽能電池之矽奈米線二極體研究
論文名稱(外文):Silicon nanowire-based diode for solar cell application
指導教授:蕭錫鍊蕭錫鍊引用關係
指導教授(外文):Hsi-Lien Hsiao
學位類別:碩士
校院名稱:東海大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:49
中文關鍵詞:矽奈米線二極體太陽能電池
外文關鍵詞:Si nanowiresdiodesolar cell
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在本論文中,我們嘗試研究一個在玻璃基板上製作矽奈米線二極體的新穎方法,希望將來可應用在太陽能電池研究上。本研究可分為兩大部分,第一部分為本質(intrinsic)與摻雜質(extrinsic)矽薄膜的成長,透過霍爾效應量測得知雜質濃度以及載子濃度,並利用其成長條件製作矽薄膜二極體;第二部分為合成矽奈米線和製作矽奈米線二極體。
我們透過化學氣相沉積的方式在不同溫度下通入SiH4氣體成長本質矽薄膜,並分別掺入B2H6與PH3成長摻雜質矽薄膜,經由霍爾量測結果,最後以550℃為成長溫度製作P-I矽薄膜二極體,並得到其I-V特性。
利用P-I矽薄膜成長條件,並藉由金當觸媒,合成P-I矽奈米線,透過掃描式電子顯微鏡觀測其表面形貌,得知矽奈米線的長度約為40~50um,直徑約為2.5um,並製作上下電極,以利於P-I矽奈米線二極體之I-V量測。未來我們將對矽奈米線二極體做更完整的研究,並期望矽奈米線應用在太陽能電池上。
In this study, we attempt to develop a novel approach to fabricate nanowire-based diode on glass, and expect to apply it in solar cell research in the future. This investigation was divided into two parts. The first one is concentrated on the growth of intrinsic and extrinsic Si film, and know impurity concentration and carrier concentration by hall effect measurement, then making use of conditions of Si film growth to fabricate Si film diode. The second part is focused on synthesis of Si nanowires and fabrication of Si nanowire-based diode.
We grow intrinsic and extrinsic Si film by CVD from SiH4, B2H6, and PH3 at various temperatures, and know impurity concentration and carrier concentration by hall effect measurement. According to hall effect data, we fabricate P-I Si film diode at 550℃ and measure its I-V characteristic.
Making use of the condition of P-I Si film growth to synthesize P-I Si nanowires by Au catalyzed CVD method, and observing morphology of Si nanowires by SEM. Length and diameter of Si nanowires are about 40~50um and 2.5um. Then we fabricate front and back contact to Si nanowires for I-V characteristic of P-I Si nanowire-based diode. In the future, we will completely research Si nanowire-based diode for solar cell application.
致謝…………………………………………………………………1
中文摘要…………………………………………………………………2
英文摘要………………………………………………………….……..3
目錄……………………………………………………………………...4


第一章 簡介…….……………………………………………………7
1.1 前言…….……………………………………………………7
1.2 太陽能電池原理………………………………………………10
1.3 研究動機與目的………………………………………………11

第二章 實驗儀器與原理…………………………………………15
2.1 電子束蒸鍍系統………………………………………………15
2.2 濺鍍系統………………………………………………………16
2.3 低壓化學氣相沉積系統…………………………………………19
2.4 廢氣處理系統………………………………………………21
2.5 掃描式電子顯微鏡……………………………………………22
2.6 霍爾效應………………………………………………………24

第三章 實驗方法與步驟…………………………………………28
3.1 本質與摻雜質矽薄膜的成長……………………………………28
3.2 霍爾量測………………………………………………………29
3.2.1 樣品製備………………………………………………………30
3.2.2 數據量測………………………………………………………31
3.3 P-I和N-I矽薄膜二極體的製作及I-V量測……………………33
3.4 矽奈米線的合成……………………………………………33
3.5 金團簇在不同溫度下退火……………………………………34
3.6 矽奈米線二極體的製作……………………………………34

第四章 結果與討論.…………………………………………………38
4.1 矽薄膜的霍爾量測……………………………………………38
4.2 P-I和N-I矽薄膜二極體I-V量測……………………………41
4.3 矽奈米線的合成……………………………………………42
4.4 金團簇在不同溫度下退火……………………………………43
4.5 矽奈米線二極體的製作……………………………………45

第五章 結論…………………………………………………………47

參考文獻………………………………………………………………48
(1)張品全, 科學發展, P23~P29, 349期, 1月(2002)
(2)http://china5.nikkeibp.co.jp/china/news/news/200504/elec200504010114.html
(3)R. S. Wanger, W. C. Ellis, Appl. Phys. Lett., 4, 89(1964)
(4) http://gtresearchnews.gatech.edu/newsrelease/3d-solar.htm
(5) Jason B. Baxter and Eray S. Aydila, Appl. Phys. Lett. 86, 053114 (2005)
(6)JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 97, 114302(2005)
(7) Yi Cui, Lincoln J. Lauhon, Mark S. Gudiksen, Jianfang Wang, and Charles M. Lieber, Appl.Phys.Lett.,78,2214(2001)
(8) Introduction to Solid State Physics 第七版, KITTEL
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