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研究生:李垚承
研究生(外文):Yao-Cheng Li
論文名稱:以電漿製作銀奈米粒子應用於矽奈米柱太陽能電池
論文名稱(外文):Applying Plasma-Made Silver Nanoparticles to Silicon Nanopillar Solar Cells
指導教授:謝健謝健引用關係
指導教授(外文):Jiann Shieh
口試委員:楊忠諺賴宜生
口試委員(外文):Jung-Yen YangYi-Sheng Lai
口試日期:2014-07-30
學位類別:碩士
校院名稱:國立聯合大學
系所名稱:材料科學工程學系碩士班
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:98
中文關鍵詞:矽奈米柱陣列結構太陽能電池乾式電漿蝕刻表面電漿共振
外文關鍵詞:silicon nanopillar-array structuressolar celldry etchingSurface plasmon resonance
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表面電漿共振與奈米柱結構被認為是可改善太陽能電池元件性能的兩種方法。本研究使用p-type的矽基板,以光學微影搭配乾式電漿蝕刻法在矽基板上蝕刻出奈米柱結構,接下來進行離子佈植,以摻雜磷離子形成p-n接面,然後以物理濺鍍法,濺鍍一層銀薄膜,再改變不同bias功率和電漿蝕刻時間製作不同尺寸的銀奈米粒子,尋求較佳的表面電漿共振效應,藉此應用在矽奈米柱太陽能電池上。此外,並比較ITO鍍覆對太陽能元件的影響。研究結果顯示,以電漿製程於低溫下製作銀奈米粒子,雖不易影響摻雜接面,但容易對試片造成損傷,使光電轉換效率不佳。在不鍍覆ITO的情況下,並改善電極接觸,可將光電轉換效率提升至11.56%;利用高偏壓蝕刻較薄銀薄膜,可改善元件填充因子,使光電轉效率接近原本未覆蓋銀之元件。
Both surface plasmon resonance and nanopillar structure are suggested to improve the performance of solar cell device. In this study we used optical lithography and plasma dry etching process to fabricate nanopillar structure on p-type silicon wafer. These nanostructures were doped with phosphorus ions by implantation to form the p-n junction. Silver thin film was then deposited on nanopillars by sputtering. We controlled the bias power and etching duration in plasma etching to investigate their surface plasmon effect on the performance of silicon nanopillar solar cells. In addition, we also discuss the effect of ITO front electrode on the device performance. The results show that although the junction delineation may be not affected by low-temperature plasma process, the plasma bombardment on ITO layer will degrade the device performance. Without using ITO as the front electrode, the photoelectric conversion efficiency with an improved electric contact can be increased to 11.56%. As a higher bias power was adopted to etch thinner silver film, the photoelectric conversion efficiency with higher fill factor was close to that without silver.
目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 III
表目錄 VII
圖目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 5
第二章 文獻回顧 6
2.1 太陽能電池的種類 6
2.1.1 薄膜太陽能電池 6
2.1.2 有機太陽能電池 6
2.1.3 矽太陽能電池 7
2.2 表面電漿共振效應 17
第三章 工作原理與理論基礎 18
3.1 矽奈米陣列 18
3.2 光學微影製程 20
3.3 p-n摻雜擴散製程 23
3.3.1 熱擴散法 23
3.3.2 離子佈植法 23
3.3.3 p-n junction的選擇 25
3.4 電漿蝕刻製程 27
3.4.1 電漿 27
3.4.1.1 電漿游離率 27
3.4.1.2 電漿中的碰撞 27
3.4.1.3 平均自由路徑(Mean Free Path) 30
3.4.2 電漿蝕刻 30
3.5 太陽能電池工作原理 32
3.5.1 太陽光譜 32
3.5.2 空氣質量 33
3.5.3 太陽能電池基本原理 34
3.5.4 太陽能電池電性參數 35
3.5.5 太陽能電池效率損失因素 37
3.6 表面電漿子共振效應 (Surface Plasmon Resonance Effect) 39
3.7 電漿蝕刻差異 40
第四章 實驗方法 41
4.1 矽奈米柱基板的製作 41
4.2 p-n接面的製作 43
4.3 太陽能電池的製作 44
4.4 增強表面電漿共振效應 45
4.4.1 形成表面電漿共振效應 45
4.5 實驗設備儀器介紹 48
4.5.1 化學清洗站 48
4.5.2 爐管 49
4.5.3自動化光阻塗佈及顯影系統(TRACK) 50
4.5.4光學步進機 52
4.5.5 多晶矽乾式蝕刻機 54
4.5.6 中電流離子佈植機 55
4.5.7 急速升溫退火爐 56
4.5.8 電子槍金屬蒸鍍系統 57
4.5.9 真空磁控濺鍍系統 59
4.5.10 感應耦合電漿蝕刻機 60
4.5.11 太陽光模擬器 61
4.5.12 場發射電子掃描式顯微鏡 62
4.5.13 外部量子效率量測系統 64
第五章 結果與討論 65
5.1 以電漿處理改變銀奈米粒子鍍覆形貌 65
5.2矽奈米柱陣列對表面反射的影響 67
5.3 將銀奈米粒子應用到矽奈米柱太陽能電池 69
5.3.1 ITO上製備銀奈米粒子 69
5.3.2 ITO上覆蓋銀奈米粒子再覆蓋上ITO 78
5.3.3 改變bias功率 80
5.3.4 未鍍覆ITO製程 82
第六章 結論與未來展望 93
參考文獻 94

參考文獻
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