跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.200.27.215) 您好!臺灣時間:2024/04/24 18:37
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:林韋成
研究生(外文):Wei-cheng Lin
論文名稱:氮化物太陽電池之磊晶基板效應
論文名稱(外文):Nitride-based solar cells with different substrates
指導教授:林佳鋒林佳鋒引用關係
口試委員:張守一林得裕
口試日期:2014-12-09
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:材料科學與工程學系所
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:103
語文別:中文
論文頁數:48
中文關鍵詞:太陽電池矽基板藍寶石基板
外文關鍵詞:Solar cellsSi substrateAl2O3 substrate
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:127
  • 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
在本論文中,我們製備氮化銦鎵 / 氮化鎵多重量子井之發光二極體成長在<111>矽基板上。另一個則為標準發光二極體在藍寶石基板。
在太陽能特性中,在照射全波段光源,觀察到藍寶石基板之發光二極體的開路電壓大於矽基板之發光二極體元件。但在短路電流上,藍寶石基板之發光二極體卻比矽基板之發光二極體增加2.3倍。推測原因可能為直接在矽基板上成長氮化鎵材料,由於晶格常數差異,造成缺陷。與矽基板本身在可見光波段的吸光特性。藍寶石基板之發光二極體具有高開路電壓特性,兩者填充效應數值藍寶石基板為81.19%,而矽基板之發光二極體為64.8%左右,相較之下,藍寶石基板之發光二極體效率略優於矽基板發光二極體。
In this paper, we preparation of InGaN / GaN multiple quantum wells light-emitting diodes grown on <111> silicon substrate. Another was the standard light-emitting diodes on sapphire substrates.
In the solar characteristics, in the full-band illumination was observed light- emitting diode open-circuit voltage of the sapphire substrate is greater than the light-emitting diode on Si substrate. But in the short-circuit current, light-emitting diodes sapphire substrate than the light-emitting diode Si substrate was increased 2.3-fold. Speculated that the reason the substrate may direct the growth of GaN on Si, due to the difference in lattice constant, cause defects. and Si substrate had visible-wavelength absorption capabilities. Light-emitting diodes sapphire substrate with high open-circuit voltage characteristics, the fill factor of the sapphire substrate is filled with 81.19%, while the light-emitting diode silicon substrate is about 64.8%, in contrast, the sapphire substrate light-emitting diode efficiency slightly better than the Si substrate Light-emitting Diode.
致謝詞 IV
摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 IV
表目錄 VI
第一章 序論 1
1-1 前言 1
1-2 Ⅲ-Ⅴ族半導體簡介 4
1-3 研究動機 6
第二章 原理與文獻回顧 7
2-1文獻回顧 7
2-2 太陽能電池 22
2-2-1太陽能電池的工作原理 22
2-2-2矽晶太陽能電池等效電路與電性 24
第三章 實驗方法與步驟 26
3-1 氮化鎵在矽基板試片之製備 26
3-2 氮化鎵試片在矽基板結構實驗流程示意圖 28
3-3 分析儀器 29
3-3-1電激發螢光光譜(EL) 29
3-3-2光激螢光系統(PL) 29
3-3-3 太陽能電池特性量測(Solar cell characteristic) 31
第四章 結果與討論 32
4-1 磊晶基板的特性 32
4-2光激螢光光譜分析 34
4-3氮化鎵光伏元件藍寶石基板與矽基板之太陽能特性分析 37
4-3-1氮化鎵光伏元件在藍寶石基板與矽基板之全波段太陽能特性分析 37
4-3-2氮化鎵光伏元件在藍寶石基板與矽基板之各波段太陽能特性分析 42
第五章 實驗結論 45
5-1結論 45
參考文獻 46

圖目錄
圖1-1 照明技術演進示意圖 2
圖1-2 LED上、中、下游產業結構 2
圖1-3 白光LED發光原理 3
圖1-4 Ⅲ-Ⅴ氮化物基材的半導體能隙與晶格常數的關係圖 4
圖2-1 XRD ω-2θ scan of the InGaN/GaN MQW solar cell grown on the Si substrate. 7
圖2-2 Normalized converion efficiencies (η) as a function of solar concentrations on Si and on sapphire.The absolute values of η at 1-sunonSi,Sapphire 8
圖2- 3 模擬聚光105X 基板表面溫度分布 (a)矽基板(b)藍寶石基板 8
圖2-4 (a) Top view SEM 影像。(b)垂直式太陽電池概要的結構圖 8
圖2-5 (a)聚焦太陽電池VOC與FF函數(b)聚焦太陽電池 PCE的函數 9
圖2-6 太陽電池多重量子井結構圖 9
圖2-7 不同質子照射通量的EQE 9
圖2-8 不同質子照射通量的Remaining factors of η and FF, Pmax, Isc and Voc 10
圖2-9 概要的元件結構圖 10
圖2-10 (a) 沿樣品半徑數個點代表EQE 光譜 (b) 沿樣品半徑數個點代表Jsc 11
圖2-11 (a)太陽電池InGaN/GaN 多重量子井概要地結構圖 (b) n-GaN / i-MQW / p-GaN TEM 影像堆疊圖(S4 in 表2) 11
圖2-12氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井樣品光譜響應(S1-S4參考表2)。虛線對應於在GaN光譜截止 12
圖2-13 在一太陽 AM1.5G 等效照光下,電流密度-電壓特性(S1-S4參考表2) 12
圖2-14 (a)能帶圖與電場,GaN 膜厚為3、6、9、15nm (b)短路電流密度對阻擋層厚度關係圖 13
圖2-15 在無偏壓下,在樣品A、B、C外部量子效率與波長的關係圖 13
圖2-16 不同阻擋層厚度的氮化銦鎵/氮化鎵太陽電池的XRD 掃描圖(0002) (插圖為阻擋層厚度的FWHM寬度) 14
圖2-17 太陽電池多重量子井電致發光光譜(EL) (插圖為每阻擋層厚度函數的) 14
圖2-18 樣品A、B、C CTLM I-V 量測關係圖 14
圖2-19 太陽電池多重量子井在不同反向偏置電壓的EQE 變化圖。(插圖為樣品B、C在波長為360nm、425nm反向偏置電壓與EQE的相關性) 15
圖2-20 元件概要結構圖,包含接點與光學鍍膜 15
圖2-21 太陽電池30層多重量子井的電性圖(a)外部量子效率光譜(b)電流密度與光率密度-電壓特性 16
圖2-22 太陽電池多重量子井12氮化銦鎵/氮化鎵的結構圖 16
圖2-23 光電化學性能與氫氣產生實驗原理圖 17
圖2-24無照射與照射一太陽光下,電流密度與電壓關係圖。在照射一太陽光下 17
圖2-25 在照射模擬一太陽光下,相對氫氣產生的光電流對時間(t)的函數 17
圖2-26 能帶結構(a) MoS2/AlN vdW heterostructur (b) MoS2/GaN vdW heterostructure 18
圖2-27 透過混合密度函數理論(hybrid-DFT)計算能帶邊緣位置。虛線 18
圖2-28 水分解示意圖。以MoS2/AlN(GaN) vdW 異質結構作為光催化劑。其中VBM指最大的價帶,CBM指最小的導帶 18
圖2-29 針對MoS2, AlN, GaN monolayer, and MoS2/AlN and MoS2/GaN vdW heterostructures計算出光譜,其中,垂直的實線示出了在波長320nm處的位置。 19
圖2-30 (a)總的(b)MoS2/AlN vdW 異質結構的密度形態(DOS)(c)總的(d) MoS2/GaN vdW 異質結構的密度形態(DOS) 19
圖2-31 所製作的氮化銦鎵/氮化鎵太陽電池(a)典型前向發光設計(b)具有通孔蝕刻與布拉格反射鏡背向發光設計 20
圖2-32 典型前向與背向發光氮化銦鎵/氮化鎵太陽電池的J-V特性 20
圖2-33 以不同正向電流密度的發光顯微鏡影像:(a)-(c)為前向式(d)-(f)為背向式發光氮化銦鎵/氮化鎵太陽電池 20
圖2-34 以原型和優化布拉格反射鏡和鎳銀金屬的實驗與模擬背向發光J-V 特性 21
圖 2-35 太陽能電池之等效電路 25
圖3-1 氮化鎵標準試片製作流程 27
圖3-2 氮化鎵試片分別在藍寶石基板與矽基板結構 27
圖3-3變溫螢光光譜系統 30
圖3-4 太陽能電池特性量測 31
圖4-1 氮化銦鎵在藍寶石基板之變溫 Power Dependent PL關係 34
圖4-2 氮化銦鎵在藍寶石基板元件之反向偏壓下之光激螢光光譜分析 35
圖4-3氮化銦鎵在矽基板之變溫 Power Dependent PL關係 35
圖4-4 藍寶石基板在照射全波段波長及未照射全波段波長之I-V關係圖 38
圖4-5 矽基板在照射全波段波長及未照射全波段波長之I-V關係圖 38
圖4-6 藍寶石與矽基板太陽能特性量測照射全波段波長之I-V關係圖 39
圖4-7 藍寶石與矽基板太陽能特性照射全波段波長之Power關係圖 40
圖4-8 藍寶石基板OM圖 41
圖4-9 矽基板OM圖 41
圖4-10 藍寶石與矽基板太陽能特性量測照射各波段波長之Isc關係圖 43
圖4-11 藍寶石與矽基板太陽能特性量測照射各波段波長之Voc關係圖 43
圖4-12 藍寶石與矽基板太陽能特性照射各波段波長之填充因子關係圖 44
圖4-13 藍寶石與矽基板太陽能特性照射各波段波長之效率關係圖 44

表目錄
表2-1 Device characteristics of the MQW solar cell on the Si substrate measured under AM 1.5 G with different solar concentrations. 7
表2-2 多重量子井結構的結構特徵: In mole fraction in wells (x), number of MQWs, thicknesses of GaN barriers (dB), InGaN wells (dW), and Mg-doped GaN layer (dMg). Electrical performance in terms of open-circuit voltage (Voc), short-circuit current density (Jsc), fill factor (FF), and overall conversion efficiency(ƞ) 12
表2-3 背向發光氮化銦鎵/氮化鎵太陽電池元件參數 21
表4-1 藍寶石與矽之基板比較 33
實驗中並探討PL波常隨雷射功率變化,已瞭解光激發光波長之藍移量分析。分析資料列表如下: 36
表4-3 藍寶石與矽基板之Power Dependent PL 36
表4-3 藍寶石與矽基板太陽能特性量測照射全波段波長之電流及電壓數據 37
表4-4 藍寶石與矽基板太陽能特性量測照射全波段波長之Power數據 39
[1]G. Fasol: Science 272, 1751(1996)
[2]F. A. Ponce and D. P. Bour: Nature 386, 351(1997) 施敏,半導體元件物理與製作技術,國立交通大學,2003年。
[3]H. R. Shanks, P. D. Maycock, P. H. Sidles, G. C. Danielson, “Thermal Conductivity of Silicon from 300 to 1400°K”, Phys. Rev. 130 (1963) 1743‐1748.
[4]C.Y.Liu a, C.C.Lai b, J.H.Liao b, L.C.Cheng c, H.H.Liu c, C.C.Chang a, G.Y.Lee c, J.-I. Chyi c, L.K.Yeh d, J.H.He d, T.Y.Chung b, L.C.Huang b, K.Y.Lai ”Nitride-based concentrator solar cells grown on Si substrates”, Solar Energy Materials & Solar Cells 117(2013)54–58
[5]Jinn-Kong Sheu,1,2,* Fu-Bang Chen,1 Shou-Hung Wu,1 Ming-Lun Lee,3Po-Cheng Chen,1 and Yu-Hsiang Yeh1” Vertical InGaN-based green-band solar cells operating under high solar concentration up to 300 suns”,OSA 25 August 2014 Vol. 22, No. S5
[6]Zhen Bi, Jincheng Zhang, Ling Lv, and Yue Hao”The Effect of 3-MeV Proton Irradiation on the Performance of InGaN/GaN MQWs Solar Cells”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 26, NO. 15, AUGUST 1, 2014
[7]R. M. Farrell, A. A. Al-Heji, C. J. Neufeld, X. Chen, M. Iza, S. C. Cruz, S. Keller, S. Nakamura, S. P. DenBaars,U. K. Mishra, and J. S. Speck” Effect ofintentional p-GaN surface roughening on the performance of InGaN/GaN solar cells”, Applied Physics Letters 103, 241104 (2013)
[8]Sirona Valdueza-Felip1†, Anna Mukhtarova1†, Louis Grenet2, Catherine Bougerol3,Christophe Durand1, Joel Eymery1, and Eva Monroy1,” Improved conversion efficiency of as-grown InGaN/GaN quantum-well solar cells forhybrid integration”, Applied Physics Express 7, 032301 (2014)
[9]Yang Jing(杨静)a), Zhao De-Gang(赵德刚)a)†, Jiang De-Sheng(江德生)a), Liu Zong-Shun(刘宗顺)a),Chen Ping(陈平)a), Li Liang(李亮)a), WuLiang-Liang(吴亮亮)a), Le Ling-Cong(乐伶聪)a),Li Xiao-Jing(李晓静)a), HeXiao-Guang(何晓光)b), Wang Hui(王辉)b), Zhu Jian-Jun(朱建军)b),ZhangShu-Ming(张书明)b), Zhang Bao-Shun(张宝顺)b), and Yang Hui(杨辉)a)b,” Effects of polarization and p-type GaN resistivity on the spectral response ofInGaN/GaN multiple quantum well solar cells”, Chin. Phys. B Vol. 23, No. 6 (2014) 068801
[10]N. G. Young, E. E. Perl, R. M. Farrell, M. Iza, S. Keller, J. E. Bowers, S.Nakamura, S. P. DenBaars, and J. S.Speck,” High-performance broadband opticalcoatings on InGaN/GaN solar cells formultijunction device integration”, Applied Physics Letters 104, 163902 (2014);
[11]R. Dahal, B. N. Pantha, J. Li, J. Y. Lin, and H. X. Jiang,” Realizing InGaN monolithic solar-photoelectrochemical cells for artificial photosynthesis”, Applied Physics Letters 104, 143901 (2014)
[12]Jiamin Liao,† Baisheng Sa,† Jian Zhou,‡ Rajeev Ahuja,§ and Zhimei Sun,” Design of High-Efficiency Visible-Light Photocatalysts for Water Splitting:MoS2/AlN(GaN) Heterostructures”, J. Phys. Chem. C 2014, 118, 17594−17599
[13]Yi-An Chang,1 Fang-Ming Chen,2 Yu-Lin Tsai,1 Ching-Wen Chang,3 Kuo-JuChen,1Shan-Rong Li,2 Tien-Chang Lu,1 Hao-Chung Kuo,1,* Yen-Kuang Kuo,4Peichen Yu,1Chien-Chung Lin,5 and Li-Wei Tu3,” Fabrication and characterization of back-side illuminated InGaN/GaN solar cells with periodic via-holes etching and Bragg mirror processes”,OSA 25 August 2014 Vol. 22, No. S5
[14]施敏,”半導體元件物理與製作技術”,國立交通大學,2003年。
[15]黃惠良、曾百亨等,”太陽電池”,五南出版社,2008年。
[16]L. Liu, J.H. Edgar,” Substrates for gallium nitride epitaxy”, Materials Science and Engineering, pp.61–127,(2002).
[17]M. Sakai, T. Egawa1, H. Ishikawa, and T. Jimbo,” Reduction of the bowing inMOVPE AlGaN/GaN HEMT structures by using an interlayer insertion method”,Physica Status Solid, vol.7, pp.2412–2415 (2003) .
[18]E.T.Yu and M.O.Manasreh,”Ⅲ-Ⅴ Nitride Semiconductors: Applications &Devices”, Taylor & Fransic,(2002)
[19]J. Bernat, P. Javorka, A. Fox, M. Marso, ”Influence of Layer Structure on Performance of AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors before and afterPassivation”, Journal of Electronic Materials, vol. 33, pp. 5, (2004).
[20]P. M. F. J. Costa, R. Datta, M. J. Kappers, M. E. Vickers, C. J. Humphreys, D.M.Graham, P. Dawson, M. J. Godfrey, E. J. Thrush, J. T. Mullins, “Misfit dislocations inIn‐rich InGaN/GaN quantum well structures”, Phys. Stat. Sol. (a) 203 (2006) 1729‐1732.
[21]R. A. Arif, Y.-K. Ee, and N. Tansu, “Polarization engineering via staggered InGaN quantum wells for radiative efficiency enhancement of light emittingdiodes,” Appl. Phys. Lett., vol. 91, pp. 091110-1–091110-3, 2007.
[22]A. Krost, A. Dadgar, “GaN‐Based Devices on Si”, Phys. Stat. Sol. (a)194,No.2 ,361‐375(2002)
[23]A. Dadgar, J. Christen, T. Riemann, S. Richter, J. Blasing, A. Diez, A. Krost, Alam, M.Heuken, “Bright blue electroluminescence from an InGaN/GaN multiquantum‐welldiode on Si(111): Impact of an AlGaN/GaN multilayer”, Appl. Phys. Lett. 78 (2001)2211‐2213.
[24]D. Zhu, C. McAleese, M. Ha‥berlen, M. J. Kappers, N. Hylton, P. Dawson, G. Radtke,M. Couillard, G. A. Botton, S.‐L. Sahonta, and C. J. Humphreys, “High‐efficiencyInGaN/GaN quantum well structures on large area silicon substrates”, Phys. Stat. Sol. (a)209, No. 1, 13–16 (2012)
[25]A. Krost, A. Dadgar, “GaN‐Based Devices on Si”, Phys. Stat. Sol. (a)194,No.2 ,361‐375(2002)
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