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研究生:羅文江
研究生(外文):Wen-chiang Lo
論文名稱:非晶矽/微晶矽薄膜太陽電池之製程研究
論文名稱(外文):Process Development of a-Si/μc-Si Thin Film Solar Cells
指導教授:林堅楊林堅楊引用關係
指導教授(外文):Jian-Yang Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:光學電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:172
中文關鍵詞:PECVD微晶矽非晶矽堆疊式薄膜太陽能電池
外文關鍵詞:microcrystalline siliconPECVDthin film tandem solar cellamorphous silicon
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非晶矽薄膜太陽電池由於缺陷較多,照光後也有Steabler-Wronski效應,所以造成轉換效率下降,所以後來發現了微晶矽薄膜太陽電池可以改善S.W.效應,後來學術界和業界開始發展出非晶矽和微晶矽堆疊式薄膜太陽電池,因為薄膜太陽電池的製程簡單、成本低廉所以是未來太陽電池發展的目標。本研究利用Corning E2000玻璃基板,以PECVD在溫度100度與300度,不同之SiH4之濃度比例去成長非晶矽和微晶矽,將本質層薄膜量測SEM、Raman、UV-VIS、Hall、IV等分析量測,另外我們在n層的製作也利用PECVD加入SiH4及PH3的摻雜氣體,改變不同PH3的流量,之後再以550度退火,以Hall觀察其濃度的變化,將以上之最佳參數都掌握到之後,將玻璃基板換成ITO玻璃基板,依序鍍上n層退火後再鍍i層,最後再以熱蒸鍍機蒸鍍p層薄膜,再蒸鍍一層Al背電極,即可以完成非晶矽和微晶矽薄膜太陽電池。最後改善實驗參數,最高之結晶率達68%,實驗參數為SiH4/(SiH4+H2) = 0.9%、基板溫度=175℃、氣體壓力=0.4 torr、射頻功率=10W。
Usually, the conversion efficiency of amorphous silicon (a-Si) thin film solar cell may degrade a lot due to the large amount of defects and the Steabler-Wronski effect upon illumination in the amorphous silicon thin film. Because the microcrystalline silicon (μc-Si) film can reduce the S.W. effect that the a-Si/μc-Si thin film tandem solar cells can have larger efficiency than a-Si solar cells. In this study, the Corning E2000 glass was used as the substrate and the a-Si/μc-Si thin films were deposited by PECVD with different ratios of SiH4 and H2 in the temperature range of 100℃ to 300℃. The p-i-n a-Si/μc-Si thin film solar cells were made on the ITO glass substrates by subsequently depositing the n-Si (with doping gas PH3) and i-Si layers by PECVD, followed by depositing the p-Si layer by thermal evaporation Thermally evaporated Al layer was used as back electrode for the solar cell. The deposited films were characterized with FE-SEM, Raman spectroscopy, UV-VIS spectroscopy, Hall measurement, and I-V measurement. In this work, the deposited a-Si/μc-Si thin films have the highest crystalline fraction of 68% obtained under the process condition of SiH4/(SiH4+H2) = 0.9%, gas pressure = 0.4torr, RF power = 10W, and substrate temperature = 175℃.
中文摘要-------------------------------------------------------------------------------------------Ⅰ
英文摘要-------------------------------------------------------------------------------------------Ⅱ
誌謝-------------------------------------------------------------------------------------------------Ⅲ
目錄-------------------------------------------------------------------------------------------------Ⅳ
表目錄----------------------------------------------------------------------------------------------Ⅵ
圖目錄----------------------------------------------------------------------------------------------Ⅶ
第一章 緒論
1-1 研究之背景----------------------------------------------------------------------------1
1-2 研究之目的----------------------------------------------------------------------------4
1-3 研究之重要性-------------------------------------------------------------------------4
第二章 基本理論
2-1 太陽電池基本理論-----------------------------------------------------------------9
2-2 光電流與暗電流--------------------------------------------------------------------9
2-2-1光電流----------------------------------------------------------------------------9
2-2-2暗電流----------------------------------------------------------------------------10
2-3 太陽能電池之等效電路-----------------------------------------------------------11
2-4 太陽電池效率轉換-----------------------------------------------------------------12
2-5 效率之提升--------------------------------------------------------------------------13
2-6 電漿輔助化學氣相沉積的基本原理--------------------------------------------13
2-7 非晶矽薄膜成長機制--------------------------------------------------------------15
2-8 國內外有關之研究情況-----------------------------------------------------------16
第三章 重要參考文獻之評述
3-1 所採用之研究方法及其比較-----------------------------------------------------32
3-2 所採用之實驗步驟及其比較-----------------------------------------------------32
3-3 實驗結果及其討論-----------------------------------------------------------------33
第四章 研究方法與實驗步驟
4-1 研究方法----------------------------------------------------------------------------45
4-2 主要製程設備與量測分析儀器-------------------------------------------------45
4-2-1製程設備-------------------------------------------------------------------------45
4-2-2量測分析儀器-------------------------------------------------------------------46
4-3 太陽電池之製作流程-------------------------------------------------------------50
第五章 結果與討論
5-1 SEM量測結果探討---------------------------------------------------------------57
5-2 Raman量測結果探討-------------------------------------------------------------60
5-3 UV-VIS量測結果探討-----------------------------------------------------------62
5-4 Hall量測結果探討-------------------------------------------------------------63
5-5 I-V量測結果探討-----------------------------------------------------------------63
第六章 結論------------------------------------------------------------------------------------93
第七章 未來展望------------------------------------------------------------------------------94
參考文獻------------------------------------------------------------------------------------------95
附錄一----------------------------------------------------------------------------------------------99
[1]董福慶,吳慶輝,羅展興,“太陽能光電產業中的電漿輔助化學氣相沉積技術應用” 機械工業雜誌,302期,pp.86~88,(2008)。
[2]楊昌中,“能源領域中的奈米科技研究” 業研究院能源與環境研究所,九十五年十二月。
[3]楊素華,蔡泰成,“太陽能電池” 科學發展,390期,2005年6月。
[4] J. Yang, A. Banerjee, S. Guha, “Triple-junction amorphous silicon alloy solar cell with 14.6% initial and 13.0% stable conversion efficiencies,” Appl. Phys. Lett., Vol.70, pp.2975-2977, (1997).
[5] S. Guha, J. Yang, A. Banerjee, T. Glatfelter, S. Sugiyama, “Advances in amorphous silicon alloy cell and module technology,” Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol.48, pp.365-371, ( 1997).
[6] L. Yoram, J. C. David, G. Lubarsky, Y. Rosenwaks, Y. Jeffrey, G. Subhendu, “Structural and electronic properties of optimized a-Si:H films,” Journal of Non-Crystalline Solids, Vol.266-269, pp.253-257, (2000).
[7]余合興,“光電子學” 中央圖書出版社,第四版,pp.202-203,89年9月。
[8]施智仁,“脈衝調變RF電漿對氫化非晶矽太陽能電池本質層薄膜的價態與穩定性之影響” 大同大學材料工程研究所,96年6月。
[9]趙學禮,“非晶矽太陽能電池之材料成長、元件製作及特性分析” 國立中央大學物理研究所,96年7月。
[10] A.V. Shah, J. Meier, E. Vallat-Sauvain, N. Wyrsch, U. Kroll, C. Droz, U. Graf, “Material and solar cell research in microcrystalline silicon,” Solar Energy Materials &Solar Cells, Vol.78, pp.469-491, (2003).
[11]楊宏仁,詹逸民,陳頤承,黃志仁,吳建樹,翁得期,陳麒麟,“透明導電層在矽薄膜太陽電池上之應用” 機械工業雜誌,302期,97年5月。
[12] R. N. Bhattacharya, A. M. Fernandez, ”CuIn1-xGaxSe2 based photovoltaic cells from electrodeposited precursor films,” Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol.76, pp.331-337, (2003).
[13]謝東坡,黃瑜,“銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池-共蒸鍍製程技術發展簡介” 工業材料雜誌,264期,(2008)。
[14]邱秋燕,廖曰淳,楊慕震,黃渼雯,羅一玲,“銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池-非真空製程技術發展簡” 工業材料雜誌,264期,(2008)。
[15]翁榮洲,“CIGS 太陽能電池的發展與未來” 工業材料雜誌,264期,(2008)。
[16]鄭名山,“太陽能發電簡介” 物理雙月刊,3期,29卷,pp.707-716,(2007)。
[17]王啟川,王漢英,朱時梁,吳煌,李宏台,何無忌,余勝雄,李麗玲,林江財,林法正,林秋裕,林政廷,林振源,林國安,邱錦松,胡耀祖,桂人傑,徐恆文,曹芳海,陳清山,黃正忠,黃秉鈞,黃明熙,彭裕民,楊秉純,楊建裕,詹益亮,楊模樺,趙念慈,賴炎生,蕭弘清,顏文治,顏志偉,顏貽乙, ”2007年能源科技研究發展白皮書” 經濟部能源局,pp.64-94,(2007)。
[18] K. Okuda, H. Okamoto, Y. Hamakawa, “Amorphous Si/polycrystalline Si stacked solar cell having more than 12% conversion efficiency,” Jpn. J. Appl. Phys., Vol.22, pp.L605-L607, (1983).
[19] W. Ma, T. Horiuchi, C.C. Lim, H. Okamoto, Y. Hamakawa, “Optimum design and its experimental approach of a-Si/poly-Si tandem solar cell,” Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol.32, pp.351-368, ( 1994).
[20] J. Meier, P. Torres, R. Platz, S. Dubail, U. Kroll, J. A. Anna Selvan, Ch. Pellaton Vaucher, N. Hof, D. Fische, H. Keppner, A. Shah, K. D. Ufert, P. Giannoules, J. Koehler “On the way towards high- efficiency thin film silicon solar cells by the “micromorph” concept,” MRS Spring Meeting, in San Francisco, Vol.420, pp.3-14, (1996).
[21] K. Yamamoto, M. Yoshimi, T. Suzuki, Y. Tawada, Y. Okamoto, A. Nakajima, S. Igari “Below 5m thin film poly-Si solar cell on glass substrate fabricated at low temperature,” Proceedings of 2nd World Conference on Photovoltaic Solar Energy Conversion, Vienna, Austria, pp.1284–1289, (1998).
[22]王宗新,“金字塔抗反射結構之製作及其單晶矽太陽能電池之應用” 國立中山大學光電工程研究所,96年6月。
[23] D. A. Neamen, “Semiconductor physics & devices,” 2nd edition, McGraw-Hill.
[24] K. Bean, “Anisotropic etching of Silicon,” IEEE Transactions on Electron Devices, Vol.ED-25, pp.1185-1193, (1978).
[25]卡薩普,黃俊達,S.O.Kasap,”光電子學與光子學:原理與應用 ” 全威圖書發行,初版,pp.298-299,(2003)。
[26]王家濬,“異質接面太陽能電池和單晶矽太陽能電池製作分析” 華梵大學機電工程學系,97年7月。
[27] B. Streetman, “Solid state electronic devices,” 5th edition, PRENTICE HALL.
[28]林明獻,“太陽電池技術入門” 全華出版社,(2007)。
[29] J. Y. Lin, H. L. Hwang, C. Y. Sun, “Photovoltaic Improvement of single– crystalline Si Space Solar Cell,” National EDMS, pp.167, (1995).
[30] A. Wang, J. Zhao, M. A. Green, “24% efficient silicon solar cells,” Appl.Phys, Vol.57, pp.602, (1990).
[31] P. Campbell, S. R. Wwnham, M. A. Green, “Light trapping and reflection control with tilted pyramids and grooves,” IEEE Photovolt, pp.713, (1998).
[32] C.T. Sah, K.A. Yamakawa, R. Lutwack, “Reduction of solar cell efficiency by edge defects across the back-surface-field junction:—A developed perimeter model,” Solid-State Electronics, Vol.25 , pp.851-858, (1982).
[33]余合興,“半導體材料與元件”第三版,中央圖書社,1996。
[34]林坤立,“單晶矽太陽電池製程及其頻譜響應之研究” 國立雲林科技大學, 碩士論文,(2004)。
[35]陳建勳, “非晶矽繞射光學元件的製作與分析” 國立中央大學物理研究所, 94年7月。
[36]簡耀黌,” 以PECVD 成長微晶矽薄膜電晶體” 中原大學電子工程學系,96年1月。
[37] R. B. Wehrspohn, S. C. Deane, I. D. French, I. Gale, J. Hewett, M. J. Powell, J. Robertson, “Relative importance of the Si–Si bond and Si–H bond for the stability of amorphous silicon thin film transistors,” J. Appl. Phys., Vol.87, pp.144, (2000).
[38]陳威志,“以原子力顯微鏡於砷化鎵宇氮化镓表面進行局部氧化微影技術之研究"中央大學物理研究所碩士論文,民國91年。
[39] A. Matsuda, K. Nomoto, Y. Takeuchi, A. Suzuki, A. Yuuki, J. Perrin, “Temperature dependence of the sticking and loss probabilities of silyl radicals on hydrogenated amorphous silicon,” Surface Science, Vol. 227, pp.50-56, (1990).
[40] J. Perrin, Y. Takeda, N. Hirano, Y. Takeuchi, A. Matsuda, “Sticking and recombination of the SiH3 radical on hydrogenated amorphous silicon: The catalytic effect of diborane,” Surface Science, Vol.210, pp.114-128, (1989).
[41] A. Matsuda, K. Tanaka, “Investigation of the growth kinetics of glow-discharge hydrogenated amorphous silicon using a radical separation technique,” J. Appl. Phys., Vol.60, pp.2351, (1986).
[42] A. Matsuda, K. Tanaka, ” Investigation of the growth kinetics of glow-discharge hydrogenated amorphous silicon using a radical separation technique,” J. Appl. Phys., Vol.60, pp.2351, (1986).
[43] M. C. M. van de Sanden, W. M. M. Kessels, A. H. M. Smets, B. A. Korevaar, R. J. Severens, D. C. Schram, “The role of H in the growth mechanism of PECVD a-Si:H,” Mater. Res. Soc., Vol.557, pp.13, (1999).
[44] R.A. Street, “Model for growth of a-Si:H and its alloys,” Phys. Rev., Vol.44, pp.10610-10616, (1991).
[45] M. C. Wei, S. J. Chang, C. Y. Tsai, C. H. Liu , S. C. Chen, "SiNx deposited by in-line PECVD for multi-crystalline silicon solar cells," Solar Energy, Vol.80, pp.215-219, (2006).
[46] S. Wieder, M. Liehr, T. Repmann, U. Stephan, “Large area plasma CVD for mass production of amorphous and microcrystalline silicon solar cells,” Photovoltaic Solar Energy Conf., pp.1548-1552, (2005).
[47] S. Wieder, M. Liehr, T. Repmann, B. Rech, “Large Area CVD Plasma Source for Mass Production of Amorphous and Microcrystalline Silicon Solar Cells,” Photovoltaic Science & Engineering Conf., pp.145-146, (2005).
[48] T. Repmann, S. Wieder, S. Klein, H. Stiebig, B. Rech, “Production equipment for large area deposition of amorphous and microcrystalline silicon thin-film solar cells,“ Photovoltaic Energy Conversion, Vol.2, pp.1724-1727, (2006).
[49] M. Konagai, “Deposition of new microcrystalline materials, μc-SiC, μc-GeC by HWCVD and solar cell applications,” Thin Solid Films, Vol.516, pp.490-495, (2008).
[50]葉小慧,”太陽能朝不保"矽" 替代材料風潮興起薄膜太陽能百家爭鳴” 鉅亨網記者,(2008)。
[51]黃女瑛,”名人講堂-Nano PV總裁Anna Selvan John期能與全球對太陽能產業有熱忱的夥伴共攜手共達低成本太陽能發電目標”電子時報,(2008)。
[52]許湘欣,“2012年前 薄膜太陽能電池市場年成長72%”中央商情網,(2008)。
[53]黃女瑛,“薄膜太陽能3部曲非晶矽量產、產品多樣化及轉換效率升級” 電子時報,(2008)。
[54] “可撓式(flexible)太陽能電池技術之近況發展”工業材料雜誌,(2007)。
[55] “薄膜太陽能電池的最新發展趨勢” 工業材料雜誌,(2007)。
[56] 詹逸民,葉昱均,工研院太陽光電科技中心,“從國際會議和工研院太電中心矽薄膜太陽電池的研發能量看技術之最新進展” 工業材料雜誌,259期,(2008)。
[57] J. Haijun, K. Hiroshi, F. Hiroyuki, K. Michio, ” Ultrafast deposition of microcrystalline silicon films using high-density microwave plasma,” Solar Energy Materials and Solar Cells, In Press, Corrected Proof, (2008).
[58] C. Yongsheng, W. Jianhua, L. Jingxiao, Z. Wen, G. Jinhua, Y. Shi-e, G. Xiaoyong, “Microcrystalline silicon grown by VHF PECVD and the fabrication of solar cells,” Solar Energy, Vol.82, pp.1083-1087, (2008).
[59] D. Y. Kim, I. S. Kim, S. Y. Choi, “Electrical properties of a-Si:H thin films as a function of bonding configuration,” Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol.93, pp.239-243, (2009).
[60] A. Chowdhury, S. Mukhopadhyay, S. Ray, “Effect of gas flow rates on PECVD-deposited nanocrystalline silicon thin film and solar cell properties,” Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol.92, pp.385-392, (2008).
[61] Y. Liu, J. K. Rath, R. E. I. Schropp, “Development of micromorph tandem solar cells on foil deposited by VHF-PECVD,” Surface and Coatings Technology, Vol.201, pp.9330-9333, (2007).
[62]黃宏勝,林麗娟,“FE-SEM/CL/EBSD 分析技術簡介” 工業材料雜誌,201期,(2003)。
[63]林麗娟,“X光繞射原理及其應用” 工業材料,86期,(1994)。
[64]江博仁,“矽離子佈植於p型氮化鎵之特性研究” 國立中央大學光電科學研究所,91年6月。
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1. [1]董福慶,吳慶輝,羅展興,“太陽能光電產業中的電漿輔助化學氣相沉積技術應用” 機械工業雜誌,302期,pp.86~88,(2008)。
2. [1]董福慶,吳慶輝,羅展興,“太陽能光電產業中的電漿輔助化學氣相沉積技術應用” 機械工業雜誌,302期,pp.86~88,(2008)。
3. [11]楊宏仁,詹逸民,陳頤承,黃志仁,吳建樹,翁得期,陳麒麟,“透明導電層在矽薄膜太陽電池上之應用” 機械工業雜誌,302期,97年5月。
4. [11]楊宏仁,詹逸民,陳頤承,黃志仁,吳建樹,翁得期,陳麒麟,“透明導電層在矽薄膜太陽電池上之應用” 機械工業雜誌,302期,97年5月。
5. [15]翁榮洲,“CIGS 太陽能電池的發展與未來” 工業材料雜誌,264期,(2008)。
6. [15]翁榮洲,“CIGS 太陽能電池的發展與未來” 工業材料雜誌,264期,(2008)。
7. [16]鄭名山,“太陽能發電簡介” 物理雙月刊,3期,29卷,pp.707-716,(2007)。
8. [16]鄭名山,“太陽能發電簡介” 物理雙月刊,3期,29卷,pp.707-716,(2007)。
9. [62]黃宏勝,林麗娟,“FE-SEM/CL/EBSD 分析技術簡介” 工業材料雜誌,201期,(2003)。
10. [62]黃宏勝,林麗娟,“FE-SEM/CL/EBSD 分析技術簡介” 工業材料雜誌,201期,(2003)。
11. [63]林麗娟,“X光繞射原理及其應用” 工業材料,86期,(1994)。
12. [63]林麗娟,“X光繞射原理及其應用” 工業材料,86期,(1994)。
 
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