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研究生:張簡建隆
研究生(外文):Chien-Lung Chang
論文名稱:利用脈衝雷射沉積技術製作異質結構太陽能電池
論文名稱(外文):Heterostructure Solar Cell by Pulse Laser Deposition Technology
指導教授:王納富蔡有仁
口試委員:吳忠義周德威洪茂峰
學位類別:碩士
校院名稱:正修科技大學
系所名稱: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:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
中文關鍵詞:太陽能電池脈衝雷射沉積異質結構
外文關鍵詞:HeterostructureSolar CellsPulse laser depositionAZOY
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在本研究中,我們證實了低成本氧化鋅共摻鋁和釔(AZOY)是一個合適的窗口層材料應用於矽基異質太陽能電池上。在本研究中主要分為三個部分,第一部分以脈衝雷射鍍膜技術沉積氧化鋅共摻鋁和釔薄膜在玻璃基板上並藉由改變氧環境壓力(真空到20 mTorr)和基板溫度(100 oC到500 oC) 來探討其光電特性。由實驗結果得知,AZOY薄膜分別沉積在氧環境壓力15 mTorr和基板溫度400 oC時有著最佳的光電特性,最低的電阻率2.84×10-4 Ω-cm、最高的載子遷移率27.5 cm2/Vs、最高的載子濃度7.97×1020 cm-3以及在可見光平均穿透 > 80%(含玻璃基板)。在第二和第三個部分中,研究著重於AZOY薄膜沉積在不同的氧環境壓力(從真空到20 mTorr)、基板溫度(從100 oC到500 oC)以及膜厚(從65 nm到500 nm)對矽基異質太陽能電池轉換效率的影響。AZOY/n-Si異質接面太陽能電池在氧環境壓力15 mTorr、基板溫度400 oC和薄膜厚度380 nm時,可獲得最高的光電轉換效率3.91% (光電流31.43 mA/cm2、開路電壓0.24 V、填充因子0.51)。
In this study, we proves low cost Al and Y codoped ZnO (AZOY) material is a suitable window layer for silicon-base heterojunction solar cell application. The mainly investigation in this study will divided three parts. Firstly, the discuss respect to the properties of AZOY thin films (varying partial oxygen pressure from vacuum to 20 mTorr and substrate temperature from 100 oC to 500 oC) deposited on glass substrate by pulsed laser deposition (PLD) technology. According to the results of experiments, the AZOY thin films deposited at partial oxygen pressures of 15 mTorr (varying partial oxygen pressure) and substrate temperatures of 400 oC (varying substrate temperature) showed the best optoelectrical properties, respectively. The best quality of AZOY thin films showed high average visible transmittance > 80% with glass substrate, the lowest resistivity of 2.84×10-4 Ω-cm, the highest mobility of 27.5 cm2/Vs, and the highest carrier concentration of 7.97×1020 cm-3. The second and third parts investigate respect to the influence of conversion efficiency of AZOY/n-Si heterojunction solar cell by AZOY deposited at different partial oxygen pressure, substrate temperature, and film thickness. The AZOY thin film deposited on n-Si substrate (AZOY/n-Si) at partial oxygen pressure of 15 mTorr, substrate temperature of 400 oC, and thickness of 380 nm showed highest conversion efficiency of 3.93% (JSC of 31.43 mA/cm2, VOC of 0.24 V, and FF of 0.51)
摘 要 I
Abstract III
誌謝 V
目錄 VI
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第一章 前言 1
1-1研究動機 1
1-2研究目的 3
1-2論文架構 3
第二章 理論基礎 5
2-1太陽能電池基本理論 5
2-1.1光伏效應 5
2-1.2太陽光譜介紹 6
2-1.3太陽能電池發電原理 8
2-1.4太陽能電池等效電路 9
2-2元件效率損失因子 12
2-2.1短路電流損失 12
2-2.2開路電壓損失 14
2-2.3填充因子損失 15
2-3抗反射層原理 15
2-4異質接面太陽能電池原理 17
2-5 脈衝雷射鍍膜(PLD)原理 20
2-6熱蒸鍍法(Thermal evaporator) 22
2-7 薄膜沈積原理 23
第三章 實驗方法 25
3-1 實驗步驟 25
3-1.1玻璃基板清洗步驟 25
3-1.2矽基板清洗步驟 26
3-1.3 AZOY薄膜與太陽能電池實驗步驟 26
3-2 實驗分析 28
3-2.1膜厚分析儀器 (�-step) 28
3-2.2 UV-VIS光譜儀 (Ultraviolet Visible Spectrometer) 28
3-2.3霍爾效應量測 (Hall effect measurement) 29
3-2.4原子力顯微鏡 (AFM) 29
3-2.5 X光繞射儀 (X-Ray Diffraction) 30
3-2.6太陽能模擬器 (Solar Simulator) 31
3-2.7外部量子效率 (External quantum efficiency) 32
第四章 結果與討論 33
4-1氧環境壓力與基板溫度對AZOY薄膜的影響 33
4-1.1氧環境壓力對AZOY薄膜特性的影響 33
4-1.2基板溫度對AZOY薄膜特性的影響 40
4-2氧環境壓力與基板溫度對於AZOY/n-si太陽能電池的影響 46
4-2.1氧環境壓力對AZOY/n-si太陽能電池特性的影響 46
4-2.2基板溫度對AZOY/n-si太陽能電池特性的影響 52
4-3 AZOY薄膜厚度對太陽能電池的影響 58
第五章 結論 65
參考文獻 67
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