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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃銘謙
研究生(外文):Huang, Mingchien
論文名稱:以超高頻電漿輔助化學氣相沉積系統製備高效率矽基薄膜太陽能電池之研究
論文名稱(外文):High efficiency silicon based thin film solar cells prepared by very high frequency plasma enhanced chemical vapor deposition
指導教授:連水養連水養引用關係吳家豪吳家豪引用關係
指導教授(外文):Lien, ShuiyangWu, Chiahao
口試委員:連水養吳家豪林堅楊黃俊杰
口試委員(外文):Lien, ShuiyangWu, ChiahaoLin, JianyangHuang, Jungjie
口試日期:2012-07-04
學位類別:碩士
校院名稱:明道大學
系所名稱:材料科學與工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:超高頻電漿輔助化學氣相沉積非晶矽薄膜太陽能電池微晶矽薄膜太陽能電池
外文關鍵詞:VHF-PECVDAmorphous silicon thin film solar cellMicrocrystalline silicon thin film solar cells
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本研究目的為利用多腔體超高頻電漿輔助化學氣相沉積系統(Very High Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, VHF-PECVD)來製備非晶及微晶單接面薄膜太陽能電池,並探討不同製程參數及結構對矽基薄膜太陽能電池之影響。首先是針對單接面非晶矽基薄膜太陽能電池(Glass/TCO/p-a-Si:H/i--a-Si:H/n--a-Si:H/TCO/Metal)之研究,探討不同p 層厚度與氣體流量及不同本質層製程壓力對元件轉換效率的影響。而本質層製程壓力為30 Pa時,具有最高之沉積速率及最佳之光暗電導比。在此製程壓力下,並加入緩衝層(Glass/TCO/p-a-SiC:H/b-a-Si:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H/TCO/Metal)後,太陽電池特性其開路電壓(Open Circuit Voltage, Voc)為0.75 V,短路電流(Short Circuit Current Density, Jsc) 為12.70 mA/cm2,填充因子(Fill Factor, F.F.)為0.52,轉換效率(Efficiency, η)則為5.00%。
另一部分則針對單接面微晶矽基薄膜太陽能電池 (Glass/TCO/p-μc-Si:H/i-μc-Si:H/n-μc-Si:H/TCO/Metal)之研究,探討不同B2H6流量對p層結晶率與電導率,以及本質層調變SiH4 流量、製程壓力和功率對薄膜特性之影響。將本實驗結果特性較佳的單層膜製備為微晶矽基薄膜太陽能電池,其電流-電壓特性分別是Voc= 0.28 V,Jsc = 19.30 mA/cm2,FF= 0.41 ,η= 2.24 %。

In this study, the pin single-junction amorphous and microcrystalline silicon tandem thin film solar cells were prepared by very high frequency plasma enhanced chemical vapor deposition. Various process parameters and cell structures influencing on the performance of solar devices were investigated. Firstly, the effects of thicknesses and gas flow of p-layer and process pressure of intrinsic layer on devices performance were discussed in this study. The highest deposition rate of 1.95 Å/s and photo/dark conductivity of 5.9 × 104 Ω-1cm-1 was obtained at the deposition pressure 30 Pa. At this pressure, the cell performance was and was Voc of 0.75 V, Jsc of 12.70 mA/cm2, FF of 0.52, and η of 5% after insetting the buffer layer into original solar configuration (Glass/TCO/p-a-Si:H/b-a-Si:H /i-a-Si:H/n-a-Si:H/TCO/Metal).
On the other hand, the effect of p-layer and intrinsic layer in (Glass/TCO/p-μc-Si:H/i-μc-Si:H/n-μc-Si:H/TCO/Metal) single junction μc-Si:H solar cell structures were also discussed in this study. The effects of different B2H6 flow rate on crystallinity and conductivity of p-layer, and the effect of silane flow rates, pressure and power on the thin film characteristics of i-layer have been optimized. The solar device with the optimal single junction μc-Si:H films could reach the conversion efficiency of 2.24%(Voc=0.28 V, F.F.=0.41, Jsc=19.30 mA/cm2).

致謝...............................2
中文摘要............................I
英文摘要............................III
總目錄..............................V
第一章 緒論..........................1
1-1 前言............................1
1-3 研究動機.........................6
第二章 文獻回顧.......................8
2-1 太陽電池原理......................8
2-2 太陽能電池等效電路.................10
2-3 太陽電池轉換效率...................12
2-4電阻對I-V 特性的影響................13
2-5超高頻化學輔助化學氣相沉積...........16
2-6矽基薄膜太陽電池的製作方法...........17
2-6-1矽基薄膜之沉積機制................17
2-6-2氫化微晶矽薄膜成長模型.............19
2-6-3矽基薄膜太陽能電池結構與特性........22
第三章 實驗方法與步驟...................28
3-1 實驗流程與方法.....................28
3-1-1 實驗流程........................28
3-1-2 實驗方法.........................29
3-2 實驗設備...........................31
3-2-1多腔體式超高頻電漿輔助化學氣相沉積系統...31
3-2-2連續式多腔體濺鍍系統................35
3-3分析儀器............................39
3-3-1紫外光/可見光吸收光譜儀.............39
3-3-2 表面輪廓儀.......................41
3-3-3傅立葉轉換紅外光譜儀................42
3-3-7光暗電導...........................45
3-3-5三次元奈米級拉曼磷光共軛雷射顯微光度計.46
3-3-4太陽光能模擬器......................48
3-3-5外部量子效應量測儀..................49
第四章 結果與討論.........................51
4-1 單接面矽基薄膜太陽能電池簡介............51
4-2 單接面非晶矽薄膜太陽電池...............53
4-2-3 調變i層製程壓力對非晶矽元件之影響......60
4-2-3 加入緩衝層對非晶矽元件之影響...........67
4-3 單接面微晶矽太陽電池簡介.................70
4-3-1 不同B2H6 的流量對微晶矽薄膜特性之影響...70
4-3-2本質層微晶矽薄膜特性分析................73
4-3-3不同SiH4 流量對微晶矽薄膜之特性.........74
4-3-4不同製程壓力對微晶矽薄膜之特性..........76
4-3-5不同製程功率對微晶矽薄膜之特性...........80
4-3-6 單接面微晶矽基薄膜太陽能電池............82
第一部分 非晶矽薄膜太陽能電池.................84
第二部分 微晶矽薄膜太陽能電池.................85
第六章 未來展望..............................87
參考文獻....................................88

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