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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃正毅
研究生(外文):Zheng-YiHuang
論文名稱:垂直矽奈米線陣列太陽能電池
論文名稱(外文):Vertically-aligned Silicon Nanowire Array Solar Cells
指導教授:洪昭南洪昭南引用關係
指導教授(外文):Chau-Nan Hong
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:化學工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:化學工程學類
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:84
中文關鍵詞:矽奈米線太陽能電池化學氣相沉積
外文關鍵詞:Si nanowiresolar cellsCVD
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本研究以矽奈米為結構製作出太陽能電池元件。奈米線的優點為表面積大,可增加光的吸收效率且生產成本低。根據文獻,奈米線的作法可大約為蝕刻基板及VLS機制成長兩種。就程序來說,用蝕刻的方法形成奈米線較為簡便,但以奈米線作為元件有大半是原因為基板可回收再利用以降低生產成本,故本研究以VLS成長機制成長出的奈米線為元件基礎。
本研究比較太陽能電池之三種結構:基板型太陽能電池、n型奈米線太陽能電池、具有p-n結構之奈米線太陽能電池。n型奈米線元件之p-n junction接面在奈米線與基板之間,希望利用奈米線的光吸收效果提升轉換效率。之後進一步在奈米線上做出p-n junction以增加發電面積,期望元件表現能比n型奈米線太陽能電池好。

In this study,we fabricate solar cell device by using nanowires as the structure. The advantages of nanowire are the large surface area which can increase the absorption efficiency of sun light and low cost.
There two main method to fabricate nanowires. One way is by etching Si wafer and the other way is by VLS growth mechanism. The process to etch wafer is more simple,but the wafer can not be reused. So we use the VLS growth method to fabricate nanowires in order to reuse the wafer in the future.
In this study,we compare three structure of solar cell:wafer based solar cell,n-type nanowires solar cell,nanowires with p-n junction solar cell. The p-n junction of the n-type nanowires solar cell is between wafer and nanowires. We hope the high light absorption efficiency can increase the efficiency of the device.Futher,we create p-n structure in the nanowires to increase working area hoping it can perform better than n-type nanowires solar cell.

第一章 序論 1
1.1前言 1
1.2研究動機 2
1.3矽的基本性質 2
1.3.1矽的晶體結構 2
1.3.2矽的能帶結構 3
1.3.3矽的電性 5
第二章 理論基礎 6
2.1太陽光譜 6
2.2光伏電池元件 7
2.3太陽能電池材料的選擇 8
2.4矽太陽能電池之發展 9
2.5太陽能電池特性參數 18
第三章 實驗方法 21
3.1實驗流程 21
3.2化學氣相沉積系統 22
3.2.1雙套石英管式反應腔體 22
3.2.2三區域加熱管狀式高溫爐 23
3.2.3抽氣及真空系統 23
3.2.4氣體輸送裝置 24
3.2.5氣體預混合器 25
3.2.6反應腔內壓力量測系統 26
3.2.7反應溫度量測系統 26
3.2.8氣體流量控制系統 27
3.2.9廢氣水封處理系統 28
3.3磁控濺鍍系統 29
3.3.1電源系統 30
3.3.2氣體流量控制系統 30
3.4實驗材料 30
3.4.1實驗氣體 30
3.4.2基板材料 33
3.4.3管件材料 33
3.4.4濺鍍靶材 34
3.4.5化學藥品 34
3.5實驗步驟 36
3.5.1基板前處理 37
3.5.2鍍金薄膜 39
3.5.3成長矽奈米線 40
3.5.4移除矽奈米線頂端金觸媒 41
3.5.5氧化磷預沉積及擴散 41
3.5.6鍍ITO透明電極 43
3.5.7鍍鋁電極 44
3.5.8鍍金電極 45
3.5.9後處理 46
3.6實驗分析 48
3.6.1掃描式電子顯微鏡(SEM) 48
3.6.2紫外光/可見光光譜儀(UV/Visible Spectrophotometer) 50
3.6.3太陽光模擬器與電流/電壓量測系統 50
3.6.4外部量子效率量測系統 50
第四章 結果與討論 51
4.1試片絕緣的改進 51
4.2奈米線長度的影響 53
4.3添加ITO對效率的影響 57
4.4摻雜濃度測試 59
4.4.1預沉積TMP時間的影響 60
4.4.2溫度的影響 61
4.4.3試片放置位置的影響 63
4.5元件結構的差異 64
4.5.1基板型太陽能電池 65
4.5.2 n型奈米線太陽能電池 66
4.5.3 p-n型奈米線太陽能電池 70
第五章 結論 82
參考文獻 83

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[21]http://www.el-cat.com/silicon-properties.htm#w1

[22]http://www.ioffe.rssi.ru/SVA/NSM/Semicond/Si/Figs/122.gif

[23]http://www.ioffe.rssi.ru/SVA/NSM/Semicond/Si/Figs/135.gif

[24]http://www.ioffe.rssi.ru/SVA/NSM/Semicond/Si/bandstr.html

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