跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.200.86.95) 您好!臺灣時間:2024/05/30 02:07
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:蕭子軒
研究生(外文):Hsiao, Tzu-Hsuan
論文名稱:乙矽烷電漿沉積技術於矽基薄膜太陽能電池之應用
論文名稱(外文):The application of disilane-plasma deposition technology in silicon-based thin-film solar cells
指導教授:余沛慈余沛慈引用關係陳智弘陳智弘引用關係
指導教授(外文):Yu, Pei-ChenChen, Jye-Hong
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:光電工程學系
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:101
語文別:中文
論文頁數:62
中文關鍵詞:非晶矽基薄膜太陽能電池
外文關鍵詞:amorphous silicon-based thin-film solar cells
相關次數:
  • 被引用被引用:4
  • 點閱點閱:229
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本論文是利用高密度電漿化學氣相沉積系統製備氫化非晶矽基薄膜之研究,由於氫化非晶矽薄膜能隙較高(1.8~1.9eV),在太陽光譜中長波長的部分(750nm以上)無法有效吸收。為了更有效的利用太陽光頻譜,我們發展摻雜鍺元素之氫化非晶矽鍺合金(a-SiGe)薄膜,其能隙範圍為界於1.4~1.6 eV。透過鍺烷的摻雜及製程參數的優化,我們可得能隙為1.45 eV的單接面氫化非晶矽鍺薄膜太陽能電池,其轉換效率達5.26%,吸收頻譜為300~850 nm。
我們導入非晶矽鍺薄膜作為堆疊型太陽能電池中底電池的吸收層,在非晶矽/非晶矽鍺雙接面太陽能電池中,當上層與下層子電池達到電流匹配後,其轉換效率可達8.38%。而非晶矽/非晶矽/非晶矽鍺三接面太陽能電池則擁有超高的光照穩定度,其光致效率衰減只有2.5%。
本文中也展示了不同氣源製作以及不同基板應用的薄膜太陽能電池。藉由乙矽烷電漿技術製作的非晶矽及非晶矽鍺薄膜太陽能電池,其轉換效率達9.01%及4.76%。而利用背反射基板製作的n-i-p結構非晶矽太陽能電池,經過摻雜層厚度的調整之後,其轉換效率也高達8.47%。未來研究的方向將致力於改善乙矽烷製作的非晶矽鍺太陽能電池,進而整合成高效率的雙接面與三接面太陽能電池。

In this article, we investigate the performance of hydrogenated amorphous silicon-based thin-film fabricated by high-density plasma chemical vapor deposition system. The solar spectra in near infrared regime (<750 nm) can not be effective absorbed due to the high optical band gap of a-Si:H thin film (1.8 ~1.9 eV). In order to utilize the solar spectra in near infrared regime effectively, we develop the hydrogenated amorphous silicon-germanium alloys (a-SiGe:H) films with low optical band gap (1.4 to 1.6 eV). The single junction a-SiGe:H thin film solar cells with the band gap of 1.45 eV can be obtained by the optimization of Ge doping and deposition parameter. We demonstrate single-junction a-SiGe solar cells with the conversion efficiency of 5.26% and the broadband quantum efficiency in the range of 300-850 nm.
We introduce a-SiGe thin film as the absorber layer of bottom sub-cell in stacked solar cells. As achieving current matching between the top sub-cell and bottom sub-cell in the a-Si/a-SiGe double junction solar cells, conversion efficiency can be reached up to 8.38%. Moreover, highly light-soaking stable a-Si/a-Si/a-SiGe triple junction solar cells were demonstrated with photo-induced degradation in conversion-efficiency as low as 2.5%.
We also show the solar cells fabricated by different gas source and different substrate. By using disilane-plasma technology, the conversion efficiency of single-junction a-Si and a-SiGe solar cells achieves 9.01% and 4.76%. For n-i-p structure a-Si solar cells integrated into the back reflective substrate show the conversion efficiency of 8.47% through the optimized thickness of doped layers. In the future, our research will focus on tuning the optical and electrical performance of a-SiGe:H thin film fabricated by using disilane-plasma technology to obtain the double-junction and triple-junction thin film solar cells with high conversion efficiency.

摘要 i
Abstract iii
致謝 v
目錄 vi
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 導 論 1
1.1 前言 1
1.2 太陽能電池介紹 2
1.3 矽基薄膜太陽能電池的動機與優勢 3
1.4 本文架構 6
第二章 太陽能電池理論 7
2.1氫化非晶薄膜及太陽能電池的原理 7
2.1.1太陽能電池光電轉換原理 7
2.1.2太陽能電池的等效電路及電性量測 8
2.1.3太陽光譜介紹 12
2.2 非晶矽基薄膜原理介紹 14
2.2.1氫化非晶矽薄膜介紹及其成長機制 14
2.2.2多接面矽基薄膜太陽能電池原理 18
第三章 實驗儀器介紹與非晶矽薄膜及太陽能電池製程 20
3.1實驗儀器 20
3.1.1高密度電漿化學氣相沉積系統 20
3.1.2多功能真空濺鍍系統 21
3.1.3電子束金屬蒸鍍系統 21
3.1.4 n & k Analyzer 22
3.1.5 UV-Visible穿透光譜儀 22
3.1.6傅氏轉換紅外光譜 23
3.1.7 I-V curev 轉換效率量測系統 25
3.1.8外部量子轉換效率系統 26
3.2 薄膜製程 28
3.2 薄膜太陽能電池原件製程 30
第四章 矽基薄膜太陽能電池的量測結果與分析 33
4.1單接面非晶矽鍺薄膜與太陽能電池分析 33
4.1.1 GeH4流量影響 34
4.1.2 RF Power調變 37
4.1.3 氫稀釋濃度調變 39
4.1.4 轉換效率調變結果 41
4.2 多接面矽基薄膜太陽能電池 43
4.2.1 堆疊型非晶矽/非晶矽鍺薄膜太陽能電池 43
4.2.2 高光照穩定度的矽基薄膜太陽能電池 48
4.3 乙矽烷電漿製備的非晶矽薄膜與太陽能電池分析 51
4.4 非晶矽基薄膜太陽能電池於背反射鋁箔基板上的應用 56
第五章 結論與未來研究方向 56
5.1 結論 59
5.2 未來研究方向 60
參考文獻 61
[1] 沈昌宏、謝嘉民,矽基薄膜太陽能電池之應用,奈米通訊,16卷,2009.
[2] Martin A. Green, Keith Emery, Yoshihiro Hishikawa and Wilhelm Warta,
“Solar cell efficiency tables (version 37)”, Prog. Photovolt: Res. Appl., vol. 19, pp. 84–92, 2011
[3] 晉良豪,「矽基堆疊型薄膜太陽能電池」, 國立交通大學,碩士論文,
民國100年。
[4] J. Yang, A. Banerjee, and S. Guha, "Triple-junction amorphous silicon alloy solar cell with 14.6% initial and 13.0% stable conversion efficiencies," Applied Physics Letters, vol. 70, p. 2975, 1997.
[5] 邱泓瑜,「高穩定性及高效率矽薄膜太陽能電池」, 國立交通大學,碩士 論文,民國99年
[6] 余合興,光電子學,四版,中央圖書出版社,民國89年。
[7] B. Rech, H. Wagner, "Potential of amorphous silicon for solar cells", Appl. Phys. A 69, 155–167 (1999)
[8] 黃正宇,「利用AMPS-1D分析及優化矽基薄膜太陽能電池」,國立交通大學,
碩士論文,民國99年。
[9] 熊紹珍、朱美芳,太陽能電池基礎與應用,科學出版社,p.247
[10] A. Matsuda, "Thin-Film Silicon-- Growth Process and Solar Cell Application," Japanese Journal of Applied Physics, vol. 43, pp. 7909-7920, 2004.
[11] 黃惠良、曾百亨等編著,太陽電池,一版,五南圖書出版股份有限公司,
民國97年。
[12] Miro Zeman, “SOLAR CELLS”, Chapter 7, Delft University of Technology.
[13] 林育新,「利用高密度電漿於低溫製作非晶矽/微晶矽薄膜太陽能電池」,
國立交通大學,碩士論文,民國99年。
[14] 郭振豪,「具超低缺陷非晶薄膜之太陽能電池」,國立交通大學,碩士論文,
民國100年。
[15] A. Banerjee, X. Xu, J. Yang, and S. Guha, "Carrier collection losses in amorphous silicon and amorphous silicon–germanium alloy solar cells",Appl. Phys. Lett., Vol. 67, No. 20, 13 November 1995.
[16] Kampas F J 1984 Semicond. Semimetals A 21 153
[17] Hazra S, Middya A R and Ray S 1996 J. Phys. D: Appl. Phys.29 1666
[18] Hazra S, Middya A R and Ray S 2001 J. Phys. D: Appl. Phys. 34 2475–2481
[19] Masaki Shima, Akira Terakawa, Masao Isomura, Makoto Tanaka,
Seiichi Kiyama, and Shinya Tsuda Appl. Phys. Lett., Vol. 71,pp. 84-87, 1997
[20] Osama Tobail , Jeehwan Kim and Devendra Sadana, Thermal Issues in Emerging Technologies, 2010, P. 309
[21] 江佳霖,「非晶矽/非晶矽基堆疊型太陽能電池」, 國立交通大學,碩士
論文,民國100年。
[22] C.H. Shen, J.M. Shieh, et al. "Inductively coupled plasma grown semi- conductor films for low cost solar cells with improved light-soaking stability", Appl. Phys. Lett. 99,(2011)
[23] Liao X, Du W, et al. "HIGH EFFICIENCY AMORPHOUS SILICON GERMANIUM SOLAR CELLS", Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 2005 31th IEEE, p 1444.
[24] Qi Hua Fan, et al, "AMORPHOUS SILICON GERMANIUM SOLAR CELLS DEPOSITED ON STAINLESS STEEL AT ELEVATED PRESSURE", Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 2009 34th IEEE, p. 1536.

連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top