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研究生:施怡婷
研究生(外文):I-ting Shih
論文名稱:奈米小球微影法在太陽能電池表面粗化上的研究
論文名稱(外文):Research of the nano-sphere lithography for the surface texture on the silicon solar cells
指導教授:李正中李正中引用關係陳昇暉
指導教授(外文):Cheng-chung LeeSheng-hui Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:光電科學研究所
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:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:91
中文關鍵詞:表面粗化太陽能電池奈米小球
外文關鍵詞:surface texturesolar cellsnano-sphere
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本文討論太陽能電池(solar cells)表面粗化(surface texture)對光進入電池後的吸收路徑的影響。
其中,本研究使用奈米小球微影法(Nano-sphere Lithography)在單晶矽基板上以電漿蝕刻的方式蝕刻出奈米晶柱結構,接著再利用離子源(Ion source)轟擊晶柱結構,藉以改變其表面形貌,並利用濺鍍(Sputter)系統在奈米晶柱表面濺鍍上一層抗反射膜,降低表面反射率增加光通量有助於改善光的吸收路徑,最後再討論不同的奈米晶柱寬度對光學特性的影響。量測分析上利用量測基板的反射率、穿透率,以及散射量討論不同表面形貌或是不同寬度結構的影響,並以計算其霧化程度(Haze parameter)做為分析的主要方法,結構表面反射率低可減少光因反射造成的損耗,霧化程度越高則代表光進入太陽能電池後的光吸收路徑越大。
實驗結果發現額外用離子蝕刻對奈米晶柱使晶柱頂端呈現奶嘴狀時霧化程度增加的最多,而GZO抗反射膜可使表面反射率降低約20%,且在不同角度下都擁有低反射率的優點。最後以鋪排粒徑為300 nm的奈米小球,形成寬度為337 nm 的奈米晶柱有最好的散射效率。
In this research, we discussed the influence of the absorption light path length entering the solar cells by the surface texture on the silicon solar cells.
On the single crystalline silicon wafer, this research used nano-sphere lithography by plasma etching to construct the nano-cylinders structure. After that, we used the ion source to bombard the nano-cylinders in order to alter the surface topography and also used the sputtering system to sputter a layer of AR-coating on the surface. This AR-coating can decrease the surface reflectance which results in the increasing luminous flux that improves the absorption path length of light. Finally, we discussed the impact on the optical properties by changing the width of structures. It can be discussed the effects of the surface topography or the different width structures by measuring the reflectance, transmittance, and the scattering of the nano-cylinders. Low reflectivity can decrease the loss that caused by the reflection. And, the haze parameter is proportional to the absorption path length of light entering the solar cells.
Experimental results showed the highest haze parameter from the pacifier shape at the top of nano-cylinders by additional ion etching. Then, the GZO AR-coating on nano-cylinders can decrease surface reflection about 20%, and the nano-cylinders have low reflection at different angle. Finally, the nano-cylinders of 337 nm in width forming from the nano-spheres of 300 nm in diameter show the best result.
摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2太陽能電池簡介 1
1-3 研究動機 3
1-4 文獻回顧 4
1-5 本文架構 7
第二章 基礎理論 9
2-1 奈米小球微影法(NANO-SPHERE LITHOGRAPHY) 9
2-2 乾蝕刻(DRY ETCHING) 10
2-3離子蝕刻 (ION ETCHING TECHNOLOGY) 12
2-4 米氏散射(MIE SCATTERING) 13
2-5 霧化程度(HAZE PARAMETER) 15
2-6 有限時域差分法(FDTD) 16
2-7 積分球(INTEGRATING SPHERE) 22
第三章 實驗儀器與架構 26
3-1電漿蝕刻系統 26
3-2 射頻離子源系統 26
3-3 脈衝直流磁控濺鍍系統 26
3-4 量測儀器 28
3-5 實驗步驟 28
第四章 結果與討論 30
4-1 不同的離子蝕刻時間 30
4-2 GZO抗反射膜 44
4-3 不同角度下的反射效果 53
4-4 不同的蝕刻氣體 55
4-5 鋪排不同粒徑的奈米小球 61
第五章 結論 75
第六章 未來工作 76
參考資料 77
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