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研究生:彭振維
研究生(外文):Chen-Wei Peng
論文名稱:p/i(氫化氫化非晶矽)/n(單晶矽)異質接面太陽電池
論文名稱(外文):p/i (a-Si:H)/n (c-Si) Heterojunction Solar Cells
指導教授:江雨龍江雨龍引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:光電工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:46
中文關鍵詞:異質接面太陽電池
外文關鍵詞:Heterojunction Solar Cell
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本論文針對異質接面薄本質層(heterojunction with intrinsic thin layer: HIT)太陽電池進行研究,採用一般典型四英吋(晶向為(100),厚度約為525 μm,電阻率約為 1~10 ohm-cm)n型矽晶圓為基板,製作p (a-Si:H)/i (a-Si:H)/n (c-Si)太陽電池,p (a-Si:H)及i (a-Si:H)層薄膜以13.56 MHz電漿加強化學氣相(PECVD)沈積,i層並採用脈波調變電漿技術,在固定電漿關閉時間toff = 10 ms及改變電漿開啟時間由ton = 10 ms 至40 ms條件下製作具有不同矽氫鍵結微結構的氫化非晶矽薄膜以探討不同矽氫鍵結對太陽電池性能的影響。
傅氏紅外光譜測量結果顯示,降低電漿開啟時間可以增加薄膜內的單矽氫鍵結(SiH)及降低多矽氫鍵結結構(SiH2或(SiH2)n)。電流-電壓特性測量指出採用較低微結構(多矽氫鍵結佔總矽氫鍵結比例:RS = (SiH2/(SiH+SiH2))的氫化非晶矽i層可以提昇HIT太陽電池的填充因子,短路電流及轉換效率。
低微結構的氫化非晶矽薄膜具有較為緻密及低缺陷密度的結構,使得p/i 界面被覆較好,降低界面複合,且載子通過i層的缺陷複合也降低是改善太陽電池性能主要原因。
比對未加入本質層的太陽電池效能,薄本質層的加入可以減少 p n 界面電子電洞對復合,提昇太陽電池的開路電壓、短路電流、填充因子等特性。採用適當厚度及具有較多單矽氫鍵結(SiH)的氫化非晶矽i層可以提昇HIT太陽電池性能。
In this thesis, the heterojunction with intrinsic hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) thin layer ( heterojunction with intrinsic thin layer: HIT) solar cells are investigated. The solar cell structure of p(a-Si:H)/i(a-Si:H)/n (c-Si) are fabricated. The substrate is a typical 4-inch n-type wafer with (100) crystal orientation, 1~10 ohm-cm and about 525 μm thickness. The p and i a-Si:H layers are deposited by a 13.56 MHz plasma enhanced chemical vapor deposition. The i a-Si:H layers are especially deposited by pulse-wave modulation plasma technique with fixed plasma turn-off time toff = 10 ms and changed plasma turn-on time ton= 10 to 40 ms to selectively control the different silicon to hydrogen (SiH) bonding configurations. The effect of various Si:H bonds on the performance of HIT solar cells are explored.
Fourier-transform infrared spectra show that reducing the ton time can increase the monohydride (SiH) bonds and increasing the polyhydride ( (SiH2) or (SiH2)n) bonds. The I-V measurements indicate that the i layers of HIT solar cells with low microstructure (RS = (SiH2/SiH+SiH2) can increase the fill factor, short-circuit current and transfer efficiency.
Low-Rs a-Si:H films are more dense and have low defect densities. The passivation of p/i interface by low-Rs i a-Si:H can reduce the recombination at the interface and in the bulk of i layer.
Adding i a-Si:H layer at the p/n interface can effectively passivate the bonding defects due to formation of heterojunction. Reducing the interface recombination significantly increase the open-circuit voltage, short-circuit current and fill factor. Using a thin i layer a-Si:H with more SiH bonds can improve the performance of HIT solar cells.
第一章 簡介
1.1 研究背景與動機 1
1.2 文獻探討 1
1.3 研究利基 3
1.4 研究目的 3
1.5 研究價值 3
1.6 論文組織與架構 3
第二章 研究方法
2.1異質接面太陽電池(HIT)製作流程圖 5
2.2 異質接面太陽電池(HIT)製作編號SP1、SP2、SP3與SP4 6
2.3異質接面太陽電池(HIT)製作編號SP5 7
2.4異質接面太陽電池(HIT)製作編號SP6 8
2.5基板的清洗 8
2.6實驗參數設計 9
2.7 KOH蝕刻方法 11
2.8 I層氫化非晶矽薄膜量測 12
2.8.1薄膜光學量測 12
(a)薄膜厚度、光能隙量測、介電係數ε1、介電係數ε2、Eg 12
2.8.2薄膜結構量測 13
(a)原子力顯微鏡表面形貌分析 13
(b)場發射式掃描式電子顯微鏡表面形貌分析 13
(c)薄膜矽氧、矽氫鍵結量測分析 13
(d)矽鍵結結晶度(XC)量測 14
2.8.3薄膜電學量測
(a)光暗電流量測 14
第三章 實驗結果與討論
3.1 n型矽晶片表面texture蝕刻結果 15
3.1.1 場發射掃描式電子顯微鏡蝕刻表面形貌分析 15
3.1.2 原子力顯微鏡蝕刻表面形貌分析 15
3.1.3 UV-UIS反射率分析 15
3.2 透明導電膜分析 16
3.2.1 UV-UIS 量測 16
3.2.2抗反射效率分析 16
3.3 I層氫化非晶矽薄膜分析 17
3.3.1 微結構變化 17
3.3.2 SE(橢圓儀)介電係數ε1與ε2、n值、Eg的分析 17
3.3.3I層厚度為100 Å與4000 Å下SE(橢圓儀)介電係數ε1分析 18
3.3.4 AFM分析 18
3.3.5 氫含量分析 18
3.3.6 沈積速率的分析 19
3.3.7拉曼訊號的分析 19
3.3.8光暗電導量測 20
3.4 太陽電池效率的量測 20
第四章 結論 23
第五章 未來工作 24
參考資料 45
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