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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:莊乾偉
研究生(外文):Chuang,Chien-Wei
論文名稱:大氣壓電漿輔助化學氣相沉積透明導電薄膜氧化鋅鎵之太陽能電池應用
論文名稱(外文):Development and application of low temperature GZO thin films with APPECVD for Si solar cells
指導教授:吳建宏吳建宏引用關係龍健華
指導教授(外文):Wu, Chien-hungLong,Jian-Hua
學位類別:碩士
校院名稱:中華大學
系所名稱:電機工程學系碩士班
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:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:65
中文關鍵詞:透明導電層氧化鋅鎵大氣壓電漿輔助化學氣相沉積系統
外文關鍵詞:transparent conductive layerGa-doped ZnO (GZO)Atmospheric Pressure Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
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本研究主要是研究P-type背鋁射極矽晶太陽能電池,使用的晶片是柴氏單晶生長法(Czochralski crystal growth method)、晶向(100)、電阻率約1.5 ~ 5.5 Ω-cm,使用P-type晶片中少數載子為電子其移動率較N型基板之電洞大可產生較大光電流,並且與目前工業用太陽能電池製程非常類似可以達到整合效果。最後使用透明導電薄膜做為導電層,降低表面電阻率增加導電性達到整體提升轉換效率。
論文主要研究改善單晶矽太陽能電池效率究。本論文研究使用透明導電薄膜製作在太陽能電池上,由大氣壓電漿輔助化學氣相沉積系統(Atmospheric Pressure Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)鍍上一層透明導電層氧化鋅鎵(GZO)在鈍化層(抗反射層)氮化矽(SiNx)表面,形成透明導電層。最後經由半導體分析儀器與太陽能模擬光量測系統量測戴太陽能電池整理轉換效率,得到的結果為透明導電層可以提升太陽能電池導電性及轉換效率。
本實驗經過調整高溫爐管的退火溫度改善元件特性,藉由調整退火溫度來了解其對原件的影響。氧化鋅鎵的光穿透率可高達百分之八十五,經過調整厚度及退火有低電組率,開路電壓(Voc)提升0.0044 V,電流密度(Jsc)提升1.437 mV/cm2,填充因子(FF)提升3.34%,整體轉換效率(ƞ)提升1.6%,由實驗顯示,本研究所使用的氧化鋅鎵作為透明導電層在太陽能電池上有不錯的效果,具有較佳的發展潛力。


關鍵字:透明導電層、氧化鋅鎵、大氣壓電漿輔助化學氣相沉積系統。

This research is to study the P-type aluminum back emitter solar cell silicon wafer using Chaishi single crystal growth method (Czochralski crystal growth method), crystal orientation (100), a resistivity of about 1.5 ~ 5.5 Ω-cm, Use P-type wafer minority carrier hole mobility than the electron its large N-type substrate can have a greater photocurrent, and with the current solar industry is very similar to the process used to achieve the effect of integration. Finally, a transparent conductive film as a conductive layer, reducing the surface resistivity is increased to enhance the conductivity to achieve the overall conversion efficiency.
The main research to improve the efficiency of monocrystalline silicon solar cell studies. This paper studies a transparent conductive film formed on the solar cell, the atmospheric pressure plasma enhanced chemical vapor deposition system (Atmospheric Pressure Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) coated with a transparent conductive layer of gallium zinc oxide (GZO) in the passivation layer (antireflection layer) silicon nitride (SiNx) surface, forming a transparent conductive layer. Dai finishing last measured conversion efficiency of solar cells via semiconductor analytical instruments and solar analog optical measurement system volume, the result of a transparent conductive layer of the solar cell can enhance the conductivity and conversion efficiency.
In this study, the adjusted temperature furnace tube annealing temperature to improve the element characteristics, by adjusting the annealing temperature to understand its impact on the original. Gallium zinc oxide light transmittance of up to 85% after adjusting the thickness and annealing have low group rate, the open circuit voltage (Voc) to enhance 0.0044 V, the current density (Jsc) upgrade 1.437 mV / cm2, the fill factor (FF) lifting 3.34%, the overall conversion efficiency (ƞ) lifting 1.6%, from the experiments showed that gallium zinc oxide used in this study as the transparent conductive layer on the solar cell have a good effect, with better potential for development.
Keywords: transparent conductive layer, Ga-doped ZnO (GZO), Atmospheric Pressure Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition.

目錄
中文摘要 i
英文摘要 iii
誌謝 v
目錄 vii
表目錄 xi
圖目錄 xiii
第一章 緒論
1-1 研究起源 1
1-2 研究動機與目的 2
1-3 論文主軸架構 5
第二章 太陽能電池元件原理與文獻回顧
2-1太陽能電池元件原理 9
2-1-1太陽能電池歷史與概論 14
2-1-2太陽能輻射與光吸收 17
2-1-3半導體的PN接面 18
2-1-4載子複合過程 19
2-1-5太陽能電池發電原理 26
2-1-6太陽能電池基本參數介紹 27
2-2文獻回顧 35
2-2-1透明導電薄膜的應用 37
2-2-2氧化鋅與氧化鋅鎵材料分析 46
2-2-3氧化鋅鎵之薄膜分析 47
第三章 太陽能電池元件製作流程
3-1單晶矽太陽能電池標準實驗流程 29
3-2單晶矽太陽能電池透明導電層製作流程與結構 30
3-3實驗設備介紹 37
3-4量測設備介紹 43
第四章 單晶矽太陽能電池結果與討論
4-1元件量測與分析結果 50
4-1-1有無氮化矽之太陽能電池轉換效率量測比較 50
4-1-2透明導電層之太陽能電池效率量測分析 53
4-1-3透明導電層退火比較量測分析 53
4-1-4不同厚度的透明導電層之太陽能電池量測分析 56
4-1-5 LBIC量測分析 58
4-1-6 Corescan量測分析 60
第五章 總結
5-1結論 62
5-2未來研究建議 62
參考文獻 63

表目錄
第二章 太陽能電池元件原理與種類
表2-1 太陽能電池之最高效率在AM1.5光譜25℃之情況下 7
第四章 單晶矽太陽能電池結果與討論
表4-1 有SiNx與沒有SiNx之太陽能電池轉換效率比較 51
表4-2 透明導電層之太陽能電池轉換效率比較 52
表4-3 無抗反射層氮化矽鍍透明導電層退火之太陽能電池轉換效率比較 53
表4-4 有抗反射層氮化矽的透明導電層退火之太陽能電池轉換效率比較 55
表4-5 不同厚度GZO經不同退火溫度之太陽能電池量測比較 56















圖目錄
第一章 緒論
圗1-1 可再生能源發電按類型 1
圗1-2 論文架構圖 3
第二章 太陽能電池元件原理與種類
圖2-1 太陽能電池發展之轉換效率曲線圖 4
圖2-2 太陽能電池的種類圖 5
圖2-3 目前太陽能電池各項種類發展之效率圖 6
圖2-4 太陽光入射到地球表面示意圖 10
圖2-5 太陽光入射角度對應大氣質量示意圖 10
圖2-6 太陽輻射光譜分佈圖 11
圖2-7 太陽光光譜與各種太陽電池能量分佈圖 11
圖2-8 太陽能電池材料和太陽輻射光譜對應圖 12
圖2-9 P-N接面之能帶圖 13
圖2-10 太陽能電池之結構圖 15
圖2-11 太陽能電池p-n接面能接圖 16
圖2-12 太陽能電池照光之理想電流、電壓特性曲線圖 18
圖2-13 太陽能電池之簡化等效電路模型圖 18
圖2-14 太陽能電池電流電壓存在串並聯電阻特性曲線圖 20
圖2-15 不同元素摻雜至ZnO中,電阻率與載子濃度之整理 22
圖2-16 GZO與ZnO的(002)晶向強度之薄膜厚度依賴性 23
圖2-17 GZO與ZnO再不同厚度的光學透射光譜的比較 24
圖2-18 XRD圖半高寬和各種退火溫度下製備的GZO薄膜的晶粒尺寸 26
圗2-19 各種退火溫度下製備的GZO薄膜電阻率、載流子濃度、霍爾遷移率.26
圗2-20 各種退火溫度下製備的GZO膜的光透射率 26
圗2-21 不同退火溫度下製備的GZO薄膜的光學能隙 27
圗2-22 不同退火溫度下製備的GZO薄膜在紅外光區的反射率及穿透率 27
第三章 太陽能電池元件製作流程
圖3-1 單晶矽太陽能電池標準製程示意圖 29
圖3-2 單晶矽太陽能電池透明導電層實驗流程示意圖 30
圖3-3 晶向為(100)矽晶片之P-typ基板 31
圖3-4 使用HMP清洗金屬離子 31
圖3-5 經由KOH產生表面粗糙化之基板 32
圖3-6 通入反應氣體POCl3反應生成磷玻璃而形成n+位能障 33
圖3-7 透過浸泡氫氟酸(Hf)溶液去除多餘的磷玻璃(PSG) 33
圖3-8 透過浸泡氫氟酸(Hf)溶液去除多餘的磷玻璃(PSG) 34
圖3-9 使用氫氧化鈉(NaOH)溶液將背面n+蝕刻拋光 34
圖3-10 網印正負電極銀膠與鋁膠 35
圖3-11 經過高溫燒結後所產生之鋁矽合金 35
圖3-12 大氣常壓電將輔助化學氣相沉積氧化鋅鎵薄膜製作透明導電層 36
圖3-13 使用雷射隔離邊緣絕緣 36
圖3-14 濕式酸鹼蝕刻之化學槽 37
圖3-15 矽晶太陽能電池氧化與擴散爐管 38
圖3-16 高溫爐管 39
圖3-17 矽晶太陽能電池精密對位網印機 40
圖3-18 紅外線高溫爐管 40
圖3-19 自動化雷射刻槽機 41
圖3-20 大氣壓電漿輔助化學氣相沉積系統示意圖 42
圖3-21 四點探針量測系統 43
圖3-22 橢圓偏光儀 43
圖3-23 少數載子生命週期與Sun Voc量測 44
圖3-24 紫外線光譜儀 44
圖3-25 量測載子生命週期之機台 45
圖3-26 太陽能電池光源模擬器系統 46
圖3-27 量子效率量測系統 47
圖3-28 電性量測系統 47
圖3-29 高解析度場發射掃描電子顯微鏡暨能量散佈分析儀 48
圖3-30 二次離子質譜儀 49
第四章 單晶矽太陽能電池結果與討論
圖4-1 有SiNx與沒有SiNx之單晶矽太陽能電池實際元件圖 51
圖4-2 有SiNx與沒有SiNx之太陽能電池光電轉換效率 51
圖4-3 透明導電層之太陽能電池光電轉換效率量測 52
圖4-4 透明導電層退火之太陽能電池轉換效率量測 54
圖4-5 透明導電層退火之太陽能電池外部量子率量測 54
圖4-6 透明導電層退火之太陽能電池轉換效率量測 55
圖4-7 透明導電層退火之太陽能電池外部量子率量測 55
圖4-8 不同厚度GZO經不同退火溫度之太陽能電池量測 57
圖4-9 100 nm透明導電層經不同溫度退火之太陽能電池外部量子率量測 57
圖4-10 180 nm透明導電層經不同溫度退火之太陽能電池外部量子率量測 58
圖4-11 GZO 100 nm 300℃ Annealing London Bioscience Innovation Centre 58
圖4-12 GZO 100 nm 400℃ Annealing London Bioscience Innovation Centre 59
圖4-13 GZO 180 nm 300℃ Annealing London Bioscience Innovation Centre 59
圖4-14 GZO 180 nm 400℃ Annealing London Bioscience Innovation Centre 59
圖4-15 GZO 100 nm 300℃ Annealing Corescan 60
圖4-16 GZO 100 nm 400℃ Annealing Corescan 60
圖4-17 GZO 180 nm 300℃ Annealing Corescan 61
圖4-18 GZO 180 nm 400℃ Annealing Corescan 61
第五章 總結
圖5-1 GZO/SiNx太陽能電池的結構圖 62

[1] NDL國家泰米實驗室,http://www2.ndl.narl.org.tw/web/research/energy.php
[2] S. R. Wenham, and M. A. Green, “Silicon solar cells,”Progress Inphotovoltaics: Research and Applications, Vol. 4, pp. 3-33, 1996.
[3] KRI Report No.8:Solar Cell , February 2005.
[4] “U.S. Department of energy,” National Renewable Energy Laboratory, 2014.
[5] A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W.Warta, and D. Dunlop, “Solar cell efficiency tables (version 44),” Progress in Photovoltaics:Research and Applications, Vol. 22, pp. 701-710, 2014.
[6] 蔡進譯,“超高效率太陽能電池-從愛因斯坦的光電效應談起",物理雙月刊廿七卷五期,2005年10月。
[7] Japan Photovoltaic Energy Association, “Spectral response characteristics of solar cell,” JPEA.
[8] M. Meitner, “Thin film photovoltaics and solar fuels,” Helmholtz-Zentrum Berlin, 2012.
[9] T. Dzhafarov, “Silicon solar cells with nanoporous silicon layer,” Solar Cells - Research and Application Perspectives , pp. 28-57, 2013.
[10] 黃惠良、蕭錫鍊、周明奇、林堅楊、江雨龍、曾百亨、李威儀、李世昌、林唯芳,太陽電池,五南圖書出版股份有限公司,2008。
[11] 吳金寶“AZO透明導電薄膜技術近況發展與應用”,世界材料網,2008/3/25
[12] Housei Akazawa,“Double layer structures of transparent conductive oxide suitable for solar cells:Ga-doped ZnO on undoped ZnO,” Thin Solid Films 526 (2012) 195–200.
[13] W. T. Yen, Y. C. Lin, P. C. Yao, J. H. Ke, & Y. L. Chen, “Effect of post-annealing on the optoelectronic properties of ZnO: Ga films prepared by pulsed direct current magnetron sputtering. Thin Solid Films, ”518(14), 3882-3885, 2010.
[14] T. Minami, H. Nanto, and S. Takata, “Highly conductive and transparent aluminum doped zinc oxide thin films prepared by RF magnetron sputtering. Japanese Journal of Applied Physics, ”23(5A), L280, 1984.
[15] Z. C. Jin, I. Hamberg, & C. G. Granqvist, “Optical properties of sputter‐deposited ZnO: Al thin films. Journal of applied physics,” 64(10), 5117-5131, 1988.
[16] V. Assunção, E. Fortunato, A. Marques, A. Gonçalves, I. Ferreira, H. Águas, & R. Martins, “New challenges on gallium-doped zinc oxide films prepared by rf magnetron sputtering. Thin Solid Films,” 442(1), 102-106, 2003.
[17] N. R. Aghamalyan, E. A. Kafadaryan, R. K. Hovsepyan, & S. I. Petrosyan, “Absorption and reflection analysis of transparent conductive Ga-doped ZnO films. Semiconductor science and technology, ”20(1), 80, 2005.
[18] B. T. Lee, T. H. Kim, and S. H. Jeong, “Growth and characterization of single crystalline Ga-doped ZnO films using rf magnetron sputtering. Journal of Physics D: Applied Physics,”39(5), 957, 2006.
[19] Q. B. Ma, Z. Z. Ye, H. P. He, L. P. Zhu, J. Y. Huang, Y. Z. Zhang, and B. H. Zhao, “Influence of annealing temperature on the properties of transparent conductive and near-infrared reflective ZnO: Ga films. Scripta Materialia, ”58(1), 21-24, 2008.

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