本篇論文採用Silvaco公司開發的TCAD Tool進行太陽能電池模擬研究。第一個結構是結合單晶矽和非晶矽的HIT（hetero-junction with an intrinsic thin amorphous layer）太陽能電池，我們加入幾個變因來探討異質接面太陽能電池的變化，這些變因分別是單晶矽的厚度與載子生命週期，P型非晶矽的厚度、能隙和摻雜濃度，最後是本質層的非晶矽厚度和缺陷密度。第二個結構模擬非晶矽/微晶矽疊層太陽能電池，在上層非晶矽與下層微晶矽太陽能電池中間加入一層ITO來增強TRJ效應並且建立EQE的模擬模型。第三種結構，搭配工研院量測數據建立非晶矽/非晶矽鍺/非晶矽鍺多接面太陽能電池的物理模型。

This thesis simulated three solar cell structures with TCAD Tool developed by SILVACO, Inc. First, the change of HIT (hetero-junction with an intrinsic thin amorphous layer) solar cells, which combined single crystalline silicon and amorphous silicon, was probed with several variables, including thickness and carrier lifetime of single crystalline silicon, thickness, band gap and doping concentration of p-type amorphous silicon, and thickness and trap density of state of intrinsic amorphous silicon. Second, a-Si/μc-Si tandem solar cells were simulated by adding an interlayer, ITO, between top a-Si and bottom μc-Si component cells to enhanced TRJ effect and build up EQE simulation models. Finally, physical models for a-Si/a-SiGe/a-SiGe multi-junction solar cells were built up with the experiment data from ITRI.

目錄
誌謝辭 i
中文摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 簡介 1
1-1 研究背景 1
1-2 太陽光譜 2
1-3 太陽能電池種類 4
1-4 矽基材太陽能電池 5
1-5 薄膜太陽能電池 6
1-6 研究動機 8
第二章 TCAD模擬軟體之應用 10
2-1 軟體簡介與模擬流程 10
2-2 一般物理模型引入 11
2-3 材料缺陷模型 16
2-3-1 缺陷狀態 16
2-3-2 缺陷狀態密度模型 16
2-4 材料光譜模型 18
2-4-1 穿透率與反射率量測方法 18
2-4-2 光學吸收係數的測定 20
2-4-3 光學能隙 22
2-5 量子效率（Quantum efficiency，QE） 23
2-5-1 外部量子效率量測 24
第三章 HIT太陽能電池 25
3-1 文獻回顧 25
3-2 HIT異質接面薄膜太陽能電池之模擬 26
3-2-1 缺陷狀態分布 26
3-2-2 模擬結構與參數設定 28
3-3 HIT異質接面薄膜太陽電池模擬結果 30
3-3-1 結晶矽厚度效應 30
3-3-2 結晶矽載子生命週期效應 31
3-3-3 P型非晶矽厚度效應 32
3-3-4 I層非晶矽厚度效應 33
3-3-5 P型非晶矽能階效應 34
3-3-6 P型非晶矽摻雜濃度效應 36
3-3-7 I層非晶矽缺陷密度效應 38
第四章 a-Si/μc-Si疊層薄膜太陽能電池 40
4-1 文獻回顧 40
4-2 a-Si/μc-Si疊層薄膜太陽能電池之模擬 42
4-2-1 缺陷狀態分佈 42
4-2-2 模擬結構與參數設定 47
4-2-3 模擬時引入之材料光譜 48
4-3 a-Si/μc-Si疊層薄膜太陽能電池模擬結果 50
4-3-1 疊層太陽電池之載子穿遂與復合效應 51
4-3-2 疊層太陽能電池EQE模擬 54
第五章 a-Si/a-SiGe/a-SiGe多接面薄膜太陽能電池 56
5-1 文獻回顧 56
5-2 a-Si/a-SiGe/a-SiGe多接面薄膜太陽能電池之模擬 58
5-2-1 模擬結構與參數設定 58
5-2-2 缺陷狀態分佈 59
5-2-3 模擬時引入之材料光譜 60
5-3 a-Si/a-SiGe/a-SiGe多接面薄膜太陽能電池模擬結果 61
5-3-1 比較a-Si/a-SiGe與a-Si/a-SiGe/a-SiGe多接面太陽能電池 64
第六章 結論與未來工作 66
參考文獻 67
附錄A 69

參考文獻
[1] 世界自然基金會，「能源報告-2050，100％可再生能源」， 第30-31頁，2011。
[2] http://www.eyesolarlux.com/Solar-simulation-energy.htm
[3] S.O.Kasap, “Optoelectronics and photonics: principles and practices,” pp. 256-257, Prentice Hall, 2001.
[4] 經濟部能源局，「綠色能源－太陽能、風力、生質能」，99年7月。
[5] 沈昌宏、謝嘉民，「可撓式矽薄膜太陽能電池」，奈米通訊，第17卷，no.4，第2-8頁，2010年12月。
[6] Arvind Shah, J. Meier, E. Vallat-Sauvain, C. Droz, U. Kroll, N. Wyrsch, J. Guillet, U. Graf., “Microcrystalline silicon and ‘micromorph’ tandem solar cells,” Thin Solid Films, vol. 403-404, pp. 179-187, 2002.
[7] O. Vetterl, F. Finger, R. Carius, P. Hapke, L. Houben, O. Kluth, A. Lambertz, A. MuK ck, B. Rech, H. Wagner.,“Intrinsic microcrystalline silicon: A new material for photovoltaics,” Solar Energy Materials & Solar Cells, vol.62, pp.97-108, 2000.
[8] Corinne Droz, Evelyne Vallat-Sauvain, Julien Bailat, Luc Feitknecht, Johannes Meier, Xavier Niquille, Arvind Shah., “Electrical and Microstructural Characterisation of Microcrystalline Silicon Layers and Solar Cells,” 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Paper 5O-A3-01, Osaka, Japan, May 2003.
[9] Silvaco ATLAS user manual ,2010.
[10] Y. Hishikawa, N. Nakamura, S. Tsuda, S. Nakano, Y. Kishi, Y. Kuwano, “Interference-Free Determination of the Optical Absorption Coefficient and the Optical Gap of Amorphous Silicon Thin Films,” Japanese Journal of Applied Physics, vol. 30, pp. 1008-1014, 1991.
[11] TOPCO崇越論文大賞，「應用仿生抗反射結構於高效率三五族多接面太陽能電池」，2010 。
http://thesis.topco-global.com/TopcoTRC/2010_Thesis/SB0015.pdf
[12] 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。
[13] J. Zhao, “Recent advances of high-efficiency single crystalline silicon solar cells in processing technologies and substrate materials,” Solar Energy Material & Solor Cells, vol. 82, pp. 53-64, 2004.
[14] T. Mishima, M. Taguchi, H. Sakata, E. Maruyama, “Development status of high-efficiency HIT solar cells,” Solar Energy Material & Solar Cells, vol. 95, pp. 18-21, 2011.
[15] Norberto Hernadez-Como and Artyro Morales-Acevedo, “Hetero-junction(HIT) silicon solar cell model for AMPS-1D simulation,” 2008 5th International Conference on Electrical Engineering, Computing Science and Automatic Control,(CCE2008).
[16] Miro Zeman, “Advanced Thin-Film Silicon Solar Cells,” Delft University of Technology, The Netherlands. http://web.phys.tue.nl/fileadmin/tn/EnergyDays/presentationsDay3/Zeman.pdf.
[17] Y. Hamakawa, “Recent Progress of Amorphous Silicon Solar Cell Technology,” Proc. 6th International Photovoltaic Science and Engineering Conference, pp. 3, New Delhi, 1992.
[18] H. Tasaki, W. Y. Kim, M. Hallerdt, M. Konagai, K. Takahashi, “Computer simulation model of the effects of interface states on high‐performance Amorphous silicon solar cells,” Journal of Applied Physics, vol.63, pp.550-560, 1988.
[19] Martin A.Green 著，曹昭陽、狄大衛、李秀文 譯，「太陽能電池-工作原理、技術與系統應用」，第179頁，五南圖書出版股份有限公司，2009年8月。
[20] NexPower, http://www.nexpw.com/
[21] Silvaco TCAD Examples,“solarex12.in : Thin film tandem solar cell,” http://www.silvaco.com/
[22] Ruud E.I. Schropp, Miro Zeman, “Amorphous and Microcrystalline Silicon Solar Cells: Modeling, Materials and Device Technology,” pp.81, Kluwer Academic Publisher, 1998.
[23] 沈昌宏、 謝嘉民，「可撓式矽薄膜太陽能電池」，國研科技，no.27， 2010年7月。
[24] Katherine Derbyshire, “Improved efficiency boots PV panel prospects,” Contributing Technical Editor, Solid State Technology, http://www.electroiq.com/articles/sst/2008/10/improved-efficiency-boosts-pv-panel-prospects.html
[25] Antonio Luque, Steven Hegedus, “Handbook of Photovoltaic Science and Engineering,” pp. 551, WILEY, 2005.
[26] 許勝雄，「非晶矽/非晶矽鍺多接面太陽電池之模擬研究」，國立中興大學電機工程研究所，碩士論文，2010。
[27] 盧勤庸，「電子電路模擬使用PSpice A/D」，全華科技圖書股份有限公司，89年5月.
[28] Luis Castaner and Santiago Silvestre,“Modeling Photovoltaic System using Pspice,”JOHN WILEY & SONS,LTD, pp. 1-80, 2002.