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研究生:林是豪
研究生(外文):Shih-Hao Lin
論文名稱:各種應力型氮化矽及高能隙高載子移動率材料於單晶矽基太陽能電池之特性研究
論文名稱(外文):Study of Various Stressed Silicon Nitrides and High Carrier Mobility/Bandgap Material on Characteristics of Monocrystalline Silicon-Based Solar Cells
指導教授:鄭錦隆
指導教授(外文):Chin-Lung Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:材料科學與綠色能源工程研究所在職專班
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:135
中文關鍵詞:應力氮化矽抗反射層內應力拉伸應力高能隙高移動率材料
外文關鍵詞:Stressed silicon nitridesanti-reflection coatingsinternal stresstensile stresshigh carrier mobility/bandgap material
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本論文利用電漿增強式化學氣相沈積法沉積各種應力型氮化矽(SiNx),並應用於單晶矽基太陽能電池元件之抗反射層,調控參數包含製程射頻功率、壓力、基板溫度及[SiH4/(SiH4+NH3)]氣體流量比率;實驗結果顯示,對内應力結構而言,則以射頻功率與[SiH4/(SiH4+NH3)]氣體流量比率影響最直接;藉由調控拉伸應力值為+3 ~+780 MPa,非均勻度在5%以下,折射率2.01左右,可使得單晶矽基太陽能電池的效率增加約8 ~ 33個百分比。最後,以最佳參數沉積的應力型氮化矽抗反射層,得到最高效率為10.1%。
另外,利用化學氣相沉積法搭配濺鍍SiCx混成Si1-xGexCy及應變SiNx/Si1-xGexCy高能隙高移動率射極層。藉由改變不同的Si2H6及GeH4沈積流量、擴散時間及溫度、不同SiNx沈積條件控制不同應力以及不同厚度SiCx等條件,成長高品質混成高能隙材料,並應用於太陽能電池元件之射極層。改善太陽能電池元件特性,最主要的三大重點為(1)降低表面復合(2)提高並聯電阻(降低製造缺陷及設計多能隙材料)(3)降低接觸電阻;為了達成這些目標,本論文發展Al/SiNx/n+-Si1-xGexCy/p-Si 異質接面太陽能電池,研究結果顯示搭配SiNx抗反射層之拉伸應力,對不同厚度與組成比的Si1-xGexCy,其效率可增加16個百分比。
This study aimed to manufacture various stressed SiNx as anti-reflection coatings (ARC) of the monocrystalline silicon-based solar cells (MSBSC) using plasma-enhanced chemical-vapor-deposition (PECVD). The modulated parameters include radio frequency(RF)power, pressure, substrate temperature, and the [SiH4/(SiH4+NH3)] flow rate. The results show that the internal stressed types were mainly affected by the RF power and the [SiH4/(SiH4+NH3)] flow rate. The conversion efficiency (CE) of the MSBSC can be improved around 8~33% using the tensile stressed SiNx with the +3 ~+780 MPa, the non-uniformity below 5% and the refractive index of 2.01. Finally, the CE of the MSBSC can be achieved 10.1% using the optimized stressed SiNx as the ARC of the MSBSC.
Moreover, in this thesis, the high carrier mobility and band-gap emitters (HCMBE) directly on the Si(100) surface have been developed by means of the chemical-vapor-deposition (CVD) and the sputter. By modulated the various ambient flow, doping temperature and time, various SiNx deposition conditions, the HCMBE can be achieved for the silicon heterojunction solar cell (SHSC) devices applications. The continuous improving the solar cell devices performances are needed for low surface recombination, high shunt resistance, and low series resistance. To achieve this goal, the HCMBE was used to lower the surface and bulk recombination. The SHSC devices have been fabricated using various HCMBE as the emitters of the SHSCs with the Al/SiNx/n+-Si1-xGexCy/p-Si stacked structure. The results show that the CE with the 16% improvement can be achieved by the optimized SiNx/n+-Si1-xGexCy stacked structure.
摘要………………………………………………………………………i
Abstract ………………………………………………………………ii
誌謝……………………………………………………………………iii
目錄 ……………………………………………………………………iv
表目錄 ………………………………………………………………viii
圖目錄 …………………………………………………………………ix
第一章 序論 …………………………………………………………1
1.1 前言 ………………………………………………………………1
1.1.1 目前市場上太陽電池主流 ……………………………………1
1.1.2 提升矽基太陽能電池效率的製程技術 ………………………2
1.2 太陽能電池效率的量測參數 ……………………………………3
1.3 文獻參考 …………………………………………………………5
1.4 研究動機與目的 …………………………………………………8
1.5 論文架構 …………………………………………………………9
第二章 元件製程與量測………………………………………………12
2.1 以各種應力型氮化矽沉積於單晶矽基太陽能電池製造流程 …12
2.1.1 晶圓準備與清洗 ……………………………………………12
2.1.2 基本單晶矽基太陽能電池製備 ……………………………13
2.1.3 濺鍍正面及背部電極 ………………………………………13
2.2 以電漿輔助化學氣相(PECVD)沉積各種應力型氮化矽(SiNx)抗 反射層 ……………………………………………………………………14
2.2.1 氮化矽抗反射層薄膜沉積與應力產生機制…………………15
2.2.2 電漿輔助化學氣相(PECVD)沉積氮化矽抗反射層 …………16
2.2.3 以PECVD沉積氮化矽抗反射層應力結構實驗參數設計 ……17
2.2.4 氮化矽抗反射層應力結構實驗之應力量測參數……………19
2.3 Si1-xGexCy射極材料於單晶矽基太陽能電池之製作流程……20
2.3.1 晶圓準備與清洗………………………………………………20
2.3.2 以磊晶成長不同Si1-xGexCy組成比及厚度為射極材料之太陽能電池製備 ……………………………………………………………21
2.3.3 濺鍍正面及背部電極…………………………………………22
2.4 太陽能電池特性量測……………………………………………23
2.4.1 太陽電池之能量轉換效率特性量測…………………………23
2.4.2 太陽電池光譜響應之外部量子效率(EQE)量測 ……………23
2.5 製作流程之相關設備及儀器 ……………………………………24
2.5.1 製作流程之相關設備…………………………………………24
2.5.2 製作流程之相關儀器…………………………………………24
第三章各種應力型氮化矽抗反射層對單晶矽基太陽能電池之效率影響 ………………………………………………………………………34
3.1 研製各種應力型氮化矽抗反射層之厚度 ………………………34
3.2 氮化矽抗反射層應力結構之量測分析 …………………………35
3.3 PECVD沉積氮化矽抗反射層之薄膜應力分析 …………………35
3.3.1 調控射頻功率對薄膜應力變化與影響單晶矽基太陽能電池效率結果分析 ……………………………………………………………36
3.3.2 調控壓力對薄膜應力變化與影響單晶矽基太陽能電池效率 結果分析 ………………………………………………………………37
3.3.3 調控基板溫度對薄膜應力變化與影響單晶矽基太陽能電池效率結果分析 ……………………………………………………………38
3.3.4 調控SiH4/NH3流量比率對薄膜應力變化與影響單晶矽基太陽能電池效率結果分析 …………………………………………………39
3.4 氮化矽抗反射層之薄膜物理特性量測結果 ……………………47
3.4.1 掃描式電子顯微鏡(SEM)量測結果分析 ……………………47
3.4.2 沉積參數對折射率的影響結果分析 ………………………48
3.4.3 抗反射層薄膜之化學成分分析 ……………………………48
3.4.4 紫外與可見光譜儀量測結果分析 …………………………49
3.5 各種應力型氮化矽抗反射層於單晶矽基太陽能電池之電性量測結果 ……………………………………………………………………49
3.5.1 調控射頻功率參數研製應力型氮化矽抗反射層於單晶矽基太陽能電池之電性量測結果 ……………………………………………50
3.5.2 調控壓力參數研製應力型氮化矽抗反射層於單晶矽基太陽能電池之電性量測結果 …………………………………………………50
3.5.3 調控基板溫度參數研製應力型氮化矽抗反射層於單晶矽基太陽能電池之電性量測結果 ……………………………………………51
3.5.4 調控氣體流量參數研製應力型氮化矽抗反射層於單晶矽基太陽能電池之電性量測結果 ……………………………………………51
3.5.5 研製應力型氮化矽抗反射層與AZO材料,沉積於單晶矽基 太陽能電池之電性量測結果比較 ………………………………………55
3.6 結論 ………………………………………………………………55
第四章 Si1-xGexCy高能隙高載子移動率材料於單晶矽基太陽能電池之特性研究……………………………………………………………113
4.1 以Si1-xGexCy為射極材料之物理特性量測結果………………113
4.1.1 不同組成比及厚度之化學成分分析結果 …………………114
4.1.2 不同組成比及厚度之拉曼光譜特性量測結果 ……………115
4.2 Si1-xGexCy射極材料於單晶矽基太陽能電池之電性量測結果116
4.2.1 不同Si1-xGexCy組成比,厚度為50nm之電性量測結果……116
4.2.2 不同Si1-xGexCy組成比,厚度為100nm之電性量測結果 …117
4.3 以SixGeyCz / P-Si結構,沉積應力型氮化矽抗反射層之電性量測結果…………………………………………………………………117
4.4 結論………………………………………………………………118
第五章結論與建議……………………………………………………129
5.1 結論 ……………………………………………………………129
5.2 建議………………………………………………………………131
參考文獻………………………………………………………………132
作者簡歷 ……………………………………………………………135
英文大綱
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