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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳冠豪
研究生(外文):Kuan-HaoChen
論文名稱:具雷射輔助成長n+型微晶矽穿隧接面層之非晶矽/非晶矽鍺串疊型太陽能電池
論文名稱(外文):Laser-assisted n+ Microcrystalline Silicon Tunnel Junction for a-Si/a-SiGe Tandem Solar Cells
指導教授:李清庭
指導教授(外文):Ching-Ting Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:微電子工程研究所碩博士班
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:68
中文關鍵詞:電漿增強式化學氣相沉積微晶矽穿隧復合接面層
外文關鍵詞:PECVDmicrocrystalline silicontunnel recombination junction
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本研究所探討的主題為在低溫環境下利用二氧化碳雷射輔助電漿增強式化學氣相沉積系統製作高品質的n+型微晶矽薄膜,利用矽薄膜反應氣體矽甲烷(SiH4)對於波長10.6 um的二氧化碳雷射有相當高的吸收率,在薄膜沉積的過程中加入此雷射輔助,可使矽薄膜的由非晶結構轉變為微結晶結構。
在應用方面,本實驗將利用此高品質的n+型微晶矽薄膜製作非晶矽/非晶矽鍺串疊型太陽能電池之穿隧復合接面層,並期望利用此微晶結構之高載子濃度、高載子移動率、低電阻率及低光學能隙等特性,能使頂部電池與底部電池接面層的傳輸能力獲得改善,使整體串疊型電池元件效能有所提升。利用二氧化碳雷射輔助電漿增強式化學氣相沉積系統所製作的n+型微晶矽薄膜穿隧復合接面層,可以使串疊型太陽能電池元件效率由6.40%大幅提升至8.07%,並且使填充因子由0.54提升至0.59。

The topic of this research is n+ microcrystalline silicon film deposited at low temperature based on Laser-assisted Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition system (LAPECVD). Since silane shows extremely high absorption coefficient to CO2 laser at certain wavelength (10.6 um), the CO2 laser beam is applied to the chamber during deposition of silicon film. It makes amorphous silicon be converted into a microcrystalline phase.
In application, this research applies the high quality n+ microcrystalline silicon film to the tunnel recombination junction of the tandem solar cell consisting of an amorphous silicon top cell and an amorphous silicon-germanium bottom cell, which expects to improve a whole cell performance by better transmission capability of both top and bottom cell due to the high carrier concentration, high carrier mobility, low resistivity and low optical gap in microcrystalline film. The tunnel junction produced by Laser-assisted Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition system (LAPECVD) significantly enhances efficiency of tandem solar cell from 6.40% to 8.07%, and increases the fill factor from 0.54 to 0.59.
摘要 I
Abstract III
致謝 V
目錄 VI
表目錄 X
圖目錄 XI
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 3
參考文獻 6
第二章 實驗原理簡介 8
2.1 太陽能電池工作原理 8
2.1.1 光電基本轉換原理 8
2.1.2 短路電流 8
2.1.3 開路電壓 9
2.1.4 內建電場 10
2.1.5 轉換效率 10
2.1.6 填充因子 11
2.1.7 串、並聯電阻 11
2.2 矽薄膜沉積系統及沉積方式簡介 13
2.2.1 雷射輔助電漿增強式化學氣相沉積系統(LAPECVD) 13
2.2.2 化學氣相沉積原理 14
參考文獻 16
第三章 量測儀器與元件製程 17
3.1 薄膜光電特性量測 17
3.1.1 霍爾效應量測系統 17
3.1.2 UV-VIS-NIR光譜分析儀 17
3.1.3 紅外線光譜分析儀 18
3.1.4 拉曼光譜分析儀 19
3.1.5 量子效率量測系統 20
3.1.6 轉換效率量測系統 20
3.2 元件製程 22
3.2.1 元件結構設計 22
3.2.2 試片清潔 22
3.2.3 矽薄膜沉積 22
3.2.4 元件製作 23
3.2.5 背部電極製作 25
第四章 矽薄膜分析及太陽能電池元件量測與計算 26
4.1 n+-Si薄膜特性量測 26
4.1.1 霍爾效應量測 26
4.1.2 紅外線光譜量測 28
4.1.3 拉曼光譜量測 30
4.2 n-Si/n+-Si/p-SiC接面層之特性量測 32
4.2.1 p-n接面層之I-V特性量測 32
4.2.2 穿隧復合接面層之光學能隙量測計算 33
4.3 太陽能電池元件特性量測與計算 35
4.3.1 調變電池元件之頂部、底部電池吸收層厚度 35
4.3.2 太陽能電池元件轉換效率量測 37
4.3.3 太陽能電池元件量子效應量測 38
參考文獻 40
第五章 非晶矽基串疊型太陽能電池相關延伸與未來應用 42
5.1 非晶矽基/氮化銦鎵並聯型太陽能電池 42
5.2 非晶矽基/氮化銦鎵並聯型太陽能電池特性量測與分析 43
第六章 結論 45

第一章
[1] 翁敏航,《太陽能電池―原理、元件、材料、製程與檢測技術》,東華書局股份有限公司。
[2] 戴寶通、鄭晃忠,《太陽能電池技術手冊》,台灣電子材料與元件協會發行出版。
[3] 黃惠良、曾百亨,《太陽電池》,五南圖書出版公司。
[4] 華健、吳怡萱,《再生能源概論》,五南圖書出版公司。
[5] 李雯雯,〈薄膜太陽電池發展趨勢分析〉,工業材料雜誌,255期,2008年3月刊。
[6] D. L. Staebler and C. R. Wronski, “Reversible conductivity changes in discharge-produced amorphous Si, Appl. Phys. Lett., vol. 31, pp. 292-294, 1977.
[7] 顧鴻濤,《太陽能電池元件導論》,全威圖書股份有限公司。
[8] T. Matsuia, M. Kondo, K. Ogata, T. Ozawa and M. Isomura, “Influence of alloy composition on carrier transport and solar cell properties of hydrogenated microcrystalline silicon-germanium thin films, Appl. Phys. Lett., vol. 89, pp. 142115-1-142115-3, 2006.
[9] Z. Yu, I. Pereyra and M. N. P. Carreno, “Wide optical band gap window layers for solar cells, Sol. Energy Mater. Solar Cells, vol. 66, pp. 155-162, 2001.
第二章
[1] 翁敏航,《太陽能電池―原理、元件、材料、製程與檢測技術》,東華書局股份有限公司。
[2] 張勁燕,《半導體製程設備》,五南圖書出版公司。
[3] 莊達人,《VLSI製造技術》,高立圖書有限公司。
第四章
[1] J. M. Seo, M. C. Jeong and J. M. Myoung, “Effects of hydrogen on poly-and nano-crystallization of a-Si: H prepared by RF magnetron sputtering, J. Cryst. Growth, vol. 295, pp. 119-123, 2006.
[2] S. Guha and J. Yang, Scott J. Jones, Y. Chan and D. L. Williamson, “Effect of microvoids on initial and light-degraded efficiencies of hydrogenated amorphous silicon alloy solar cells, Appl. Phys. Lett., vol. 61, pp. 1444-1446, 1992.
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[5] S.M. Sze, “Semiconductor Devices Physics and Technology, John Wiley & Sons, 2nd Edition, 2001.
[6] W. Shockley, and T. Read, “Statistics of the recombinations of holes and electrons, Phys. Rev., vol. 87, pp. 835-842, 1952.
[7] 翁敏航,《太陽能電池―原理、元件、材料、製程與檢測技術》,東華書局股份有限公司。

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