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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:邱嘉辰
研究生(外文):Chia-Chen Chiu
論文名稱:以金屬輔助化學蝕刻增益矽奈米柱陣列太陽能電池
論文名稱(外文):Using Metal-assisted Chemical Etching to Enhance the Performance of 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:楊忠諺施並裕
口試委員(外文):Jung-Yen YangPing-Yu Shih
口試日期:2015-07-29
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:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:119
中文關鍵詞:矽奈米柱陣列結構金屬輔助化學蝕刻太陽能電池
外文關鍵詞:silicon nanopillar arraymetal-assisted chemical etchingsolar cell
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本研究以p-type的矽晶圓為基板,利用半導體技術中的微影製程與乾式電漿蝕刻法在基板上製作出三種不同尺寸的柱狀陣列結構,隨後將有陣列結構的基板進行離子佈植,以摻雜磷為n-layer形成p-n junction,固定佈植劑量並變更佈植能量以尋求較佳佈植參數,背電極則使用物理濺鍍的方式鍍覆鋁形成,需量測時則再塗抹銀膠為上電極,隨後以太陽光源模擬器在AM1.5下進行光電轉換效率的量測。第二部分的研究我們探討三種柱狀陣列結構經過溼式金屬輔助化學蝕刻後的表面情形,藉由奈米結構的特性增加太陽光的吸收以提高太陽能電池的光電轉換效率,接著我們利用場發射式電子顯微鏡、反射率量測平台、和光電轉換效率量測平台呈現兩部分的研究成果。第一部分結果顯示,三種柱狀結構分別是400 nm、1000 nm、5000 nm等三個線寬,光電轉換效率分別是11.33%、10.35%、9.36%,其中400 nm的柱狀陣列結構可將平面式元件的效率相對提升35.85%;第二部分溼式蝕刻的結果顯示,我們成功將5000 nm線寬未蝕刻元件之效率經過蝕刻後提升了5.75%,而1000 nm線寬的陣列結構經處理後能提高6.1%。
In this study we adopted p-type silicon wafers as substrates and used semiconductor technology of lithography and plasma dry etching to produce three different sizes of array structures on the silicon substrate. These array structures were doped with phosphorus to form p-n junction on the surface by ion implantation; the implantation dosage was fixed and the values of implantation energy were varied to seek a suitable parameter for device performance. An aluminum coating was prepared by sputtering as a backside electrode, and silver paste was used as the front side electrode. The performances of array devices were evaluated by a sun light simulator under AM1.5 condition. In the second part of this thesis, we developed a metal-assisted chemical etching to create nanostructures on these array structures, which increased the absorption by lower surface reflection to enhance the photoelectric conversion efficiency of solar cells. Analyses by field emission electron microscopy, total reflectance measurement, and the photoelectric conversion efficiency were carried out in these two parts. The results showed that the in the first part, for three columnar structures with 400, 1000, and 5000 nm, the photoelectric conversion efficiency were 11.33%, 10.35%, 9.36%, respectively, and a columnar array structure with 400 nm feature can be significantly increased 35.85%; in the second part of the wet etching, the result shows that the efficiency of 5000-nm device was improved 5.75% after etching, and for 1000-nm array the efficiency was increased 6.1%.
摘要 I
Abstract II
目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VI
1.1研究背景 1
1.2研究目的 8
第二章 文獻回顧與工作原理 10
2.1 文獻回顧 10
2.1.1 奈米結構的應用 10
2.1.2 奈米陣列的種類 12
2.2 光學微影製程 17
2.2.1 基本原理 17
2.2.2 光罩介紹 18
2.2.3 光阻介紹 19
2.2.4 微影製程步驟 20
2.3 乾式蝕刻製程 25
2.3.1 蝕刻形式 25
2.3.2 乾式蝕刻原理 26
2.4 金屬輔助化學蝕刻製程 31
2.4.1 無電鍍沉積 31
2.4.2蝕刻原理 32
2.5 摻雜製程 36
2.5.1 熱擴散法 36
2.5.2 離子佈植法 37
2.6 太陽能電池工作原理 39
2.6.1 太陽光譜 39
2.6.2 大氣質量 40
2.6.3 太陽能電池基本原理 41
2.6.4 太陽能電池電性參數 42
2.6.5 太陽能電池等效電路 44
2.6.6 太陽能電池效率損失因素 47
第三章 實驗方法 50
3.1 實驗步驟 50
3.1.1矽奈米柱陣列製作 50
3.1.2 p-n接面的製作 51
3.1.3 形成太陽能電池元件 52
3.1.4 蝕刻奈米陣列結構 53
3.1.5 實驗流程圖 54
3.2 實驗設備簡介 56
3.2.1 化學清洗工作站 56
3.2.2 水平爐管 57
3.2.3 自動化光阻塗佈及顯影系統(TRACK) 58
3.2.4 I-line光學步進機 59
3.2.5 線上型電子顯微鏡(In-line SEM) 60
3.2.6 多晶矽乾式蝕刻機(TCP 9400SE) 61
3.2.7 中電流離子佈植機(E500HP) 62
3.2.8 急速升溫退火爐(KORONA RTP 800) 63
3.2.9 電子束蒸鍍系統(E-GUN) 64
3.2.10 場發射式電子顯微鏡(FE-SEM) 65
3.3.11 太陽光模擬器 66
3.3.12 反射率量測 67
第四章 結果與討論 68
4.1 陣列結構形貌 68
4.1.1 光阻層遮罩 68
4.1.2 氧化層遮罩 73
4.1.3 矽奈米柱陣列結構 75
4.2 溼式蝕刻陣列結構形貌 82
4.2.1 沉積銀粒子 83
4.2.2 蝕刻陣列結構 86
4.2.3 硝酸去除剩餘銀粒子 93
4.3 太陽能電池之電性量測 96
4.3.1 奈米柱陣列結構 97
4.3.2 溼式蝕刻陣列結構 102
第五章 結論與未來展望 111
5.1結論 111
5.2未來展望 113
參考文獻 115


[1] 經濟部能源局「陽光屋頂百萬座」計畫,工業技術研究院,(2012)
http://mrpv.org.tw/index.php
[2] Renewable Energy Employs 7.7 Million People Worldwide, Says New IRENA Report, (2015)
[3] Energy Industries Association ,solar technology, (2014) http://www.seia.org/policy/solar-technology/photovoltaic-solar-electric
[4] C. Rendus , L. Academie , Sciences 9, 145-149, (1839)
[5] C. Fritts, V. Nostrands, Engineering Magazine 32, 388–395, (1885)
[6] American Physical Society Sites, APS News, April, (2009)
[7] The National Center for Photovoltaics (NCPV) at NREL,USA, (2015)
http://www.nrel.gov/ncpv/
[8] 翁敏航、楊茹媛、管鴻、晃成虎,太陽能電池-原理、元件、材料、
製程與檢測技術,東華書局出版,(2010)
[9] 經濟部能源局再生能源網,工業技術研究院綠能與環境研究所,(2011) http://www.re.org.tw/ProRE/introduction.aspx?SEQNO=4
[10] 李雯雯,薄膜太陽能電池發展趨勢分析,工研院產業經濟與趨
勢研究中心(IEK),系統與能源研究組新興能源研究部,(2008)
[11] A. Maehlum, Energy Informative, Best Thin Film Solar Panels – Amorphous, Cadmium Telluride or CIGS, (2015)
http://energyinformative.org/best-thin-film-solar-panels-amorphous-
cadmium-telluride-cigs/
[12] 邱宥浦、楊茹媛、翁敏航、陳文照、蘇炎坤,第三代高效率太陽能電池技術與發展,光電科技工業協進會,光連雙月刊,(2007)
[13] SRoeCo Solar http://sroeco.com/solar/
[14] 溫書寧,以金屬輔助化學蝕刻增強拉曼散射之研究,國立聯合
大學碩士論文,(2013)
[15] 紀呈彥,以奈米柱陣列結構製作高效率太陽能電池,國立聯合
大學碩士論文,(2014)
[16] H. Xu, N. Lu, D. Qi, L. Gao, J. Hao, Y. Wanga and L. Chi, Microelectronic Engineering 86 , 850–852, (2009)
[17] D. Irishika, K. Imamura, H. Kobayashi, Solar EnergyMaterials & SolarCells 141, 1–6, (2015)
[18] S. Pazokifarda, S. Farrokhpay, M. Mirabedini, M. Esfandeh, Progress in Organic Coatings 87, 36–44, (2015)
[19] X. Chang, S. S. Thind, M. Tian, M. M. Hossain, A. Chen, Electrochimica Acta 173, 728–735, (2015)
[20] K. Seo, Y. J. Yu, P. Duane, W. Zhu, H. Park, M. Wober, and K. B. Crozier, ACS nano 7, 6 , 5539–5545, (2013)
[21] N. A. Nismy, K. D. G. I. Jayawardena, A. A. D. T. Adikaari, S. R. P. Silva, Organic Electronics 22, 35–39, (2015)
[22] F. Esa, E. H. Ciftpinara, O. Demircioglua, M. Gunovena, M. Kulakcid, R. Turana, Applied Surface Science 332, 266–271, (2015)
[23] Y. Wang, B. Shao, Z. Zhang, L Zhuge, X. Wu , R. Zhang, Optics Communications 316, 37–41, (2014)
[24] V. V. Poborchii, T. Tada, T. Kanayama, Physica E7, 545-549, (2000)
[25] X. Fang, Y. Li, X. Wang, J. Ding, N. Yuan, Solar Energy 116, 100-107, (2015)
[26] H. Y. Tsai, P. T. Tseng, Applied Surface Science, Available online 14 June, (2015)
[27] R. S. Wagner and W. C. Ellis, Appl. Phys. Lett. 4, 89, (1964)
[28] A. Lecestre, E. Dubois, A. Villaret, T. Skotnicki, P. Coronel, G. Patriarche, C. Maurice, Microelectronic Engineering 87, 1522–1526,
(2010)
[29]曹國忠、王穎、董星龍(譯),奈米結構和奈米材料:合成、性能及應用(第二版).北京:高等教育出版社,(2012)
[30] 杭州大學化學系分析化學教研室.分析化學手冊(第二版),第二分冊 化學分析.北京:化學工業出版社,(1997)
[31] J. Y. Shiu, C. W. Kuo, P. Chen, and C. Y. Mou, ACS, Chemistry Of Materials 16, 4, (2004)
[32] L. Ji, Y. F. Chang, B. Fowler, Y. C. Chen, T. M. Tsai, K. C. Chang, M. C. Chen, T. C. Chang, S. M. Sze, E. T. Yu and J. C. Lee, ACS Nano Lett.14, 813−818, (2014)
[33] K. Seo, Y. J. Yu, P. Duane, W. Zhu, H. Park, M. Wober and K. B. Crozier, ACS nano, 7, 5539–5545, (2013)
[34]鄭晃忠、劉傳璽,新世代積體電路製程技術,東華書局出版,(2011)
[35]曲威光,積體電路與微機電產業,全華圖書公司,(2013)
[36] Hong Xiao, Introduction to Semiconductor Manufacturing Technology, Prentice Hall, (2000)
[37]張景學、吳昌崙,半導體製程技術,文京圖書公司,(2003)
[38]李世鴻,積體電路製程技術,五南圖書公司,(1998)
[39]張家彬,以自發性化學蝕刻法製備矽奈米結構成長控制之研究,
國立中央大學碩士論文,(2010)
[40] Z. P. Huang, N. Geyer, P. Werner, J. de Boor, and U. Gösele, Adv.
Mater. 23, 285, (2011).
[41] K. Q. Peng, J. J. Hu, Y. J. Yan, Y. Wu, H. Fang, Y. Xu, S. T. Lee,
and J. Zhu, Adv. Funct. Mater. 16, 387, (2006).
[42] X. Li, and P. W. Bohn, Appl. Phys. Lett.77, 2572, (2000).
[43] T. Qiu and P. K. Chu, Mater. Sci. and Eng. R-Rep. 61, 59, (2008).
[44] Z. R. Smith, R. L. Smith and S. D. Collins, Electrochim. Acta 92,
139, (2013).
[45] K. Q. Peng, H. Fang, J. J Hu, Y. Wu, J. Zhu, Y. J. Yan, and
S. T. Lee, Chem. Eur. J. 12, 7942, (2006).
[46]蔣曉白,半導體積體電路生產技術 從摻雜技術—離子佈植(Ion Implantation)談起,國家奈米元件實驗室/微影光罩組
[47]劉時郡、吳尚軒、劉晉宏、林天財、張慎周,以離子佈植製作單晶矽太陽能電池,崑山科技大學電機工程系,(2007)
[48]陳頤承、郭昭顯、陳俊亨,材料世界網-太陽能電池量測技術,工
研院太陽光電科技中心,工業材料雜誌258期,(2008)
[49]金華成太陽光電網 www.jhcsolar.com.tw
[50]邱秋燕、廖曰淳、郭豐鋼,低成本銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池技
術發展,工業材料雜誌276期,(2009)
[51]國家奈米元件實驗室 http://www.ndl.narl.org.tw/
[52]汪建民,材料分析,中國材料科學學會,(2004)

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