近年來太陽能電池材料的蓬勃發展，使得太陽能電池的轉換效率不斷突破。其中影響頗大的因素之一，也就是進入太陽能電池內部太陽光的光強度。 由於已往的太陽能電池幾乎是以矽太陽能電池為大宗，但以矽為材料的太陽能電池本身屬於間接能隙，其對光的吸收係數非常低，意味著其反射率高。 因此本研究以光吸收係數較高的直接能隙III-V族元素成長InGaN太陽能電池做光學抗反射分析。雖然使用直接能隙材料成長太陽能電池，但其還是有百反之二十的太陽光被反射。因此本實驗將會以不同的抗反射結構找尋最適合InGaN太陽能電池的抗反射層。
本實驗分為幾個部分，前半段為了節省更多的時間與成本上的消耗，所以採用光學模擬來代替實做實驗。所使用的光學軟體為FDTD，此軟體的特點是可以架構出不同大小、不同形狀的抗反射結構，並模擬出不同波長的光入射至架構完成的抗反射層結構時的反射率。
製造次波長結構前，先成長二氧化矽於矽基板上，在二氧化矽上放置聚苯乙烯奈米球。藉由感應耦合電漿蝕刻機進行蝕刻，改變對聚苯乙烯奈米球及二氧化矽的蝕刻速率比，可以蝕刻出不同的次波長結構做為抗反射層。為了降低成本，在矽基板上成長的二氧化矽是為了得到次波長結構的蝕刻參數。之後再搭配先前模擬的抗反射層結構，將得到最佳的抗反射層結構成長於氮化鎵太陽能電池。並使用高屏地區奈米核心設施工同實驗室的薄膜特性分析儀量測反射率。最後發現使用氮化鎵做為次波長結構的反射率最低。
最後架構出一個經過轉換、反射修正過後的太陽光譜再搭配電腦模擬軟體來運算次波長抗反射層結構對太陽能電池效率的影響。

The efficiency of Si-solar cells has its limitation due to the intrinsic properties of Si, such as indirect bandgap with low absorption coefficient and a bandgap of 1.1 eV, which cause missing the lower energy portion of the solar spectrum and a lower efficiency for higher energy portion also. In contrast, the InGaN-based solar cells attract extensive attention nowadays mainly because they have direct bandgaps which can be tuned from 0.65 eV to 3.4 eV by varying the indium composition. InGaN solar cells have a wide range of absorption spectrum and a good potential for high efficiency solar cell with high absorption coefficient.
For the consideration of solar cells efficiency, there is about 20 to 40 percent power loss due to the reflection from the surface and therefore, reducing the reflection from the surface of InGaN solar cells is very important in enhancing the device efficiency. In this work, subwavelength structures (SWS) on top of the device structure are investigated. Nanosphere lithographic technique is employed to create the SWSs to reduce the reflection experimentally. Also, computer model simulations are performed to optimize the SWS and analyze the device performance.
With the reflectance spectrum obtained, a modified AM1.5G solar spectrum is created as the input of the next steps to calculate the various performance characteristics of a solar cell structure. Simulation software is run to yield the current density vs. voltage curve and to analyze the efficiency improvement with the SWS AR coating. Best SWS AR structures for InGaN-based solar cells are discussed. From the study, we find that GaN SWS is best AR structure for InGaN solar cells.

論文審定書 ......................................................... i
致謝 .............................................................. ii
摘要 ............................................................. iii
Abstract .......................................................... iv
目錄 ............................................................... v
圖次 ............................................................. vii
表次 ............................................................... x
第一章 序論 ........................................................ 1
1.1 太陽能電池簡述 ............................................. 1
1.2次波長結構簡介 .............................................. 1
1.3研究動機和目的 .............................................. 2
第二章 實驗原理 .................................................... 3
2.1 p-n接面太陽能電池基礎 ...................................... 3
2.2光生伏特效應 ................................................ 4
2.3太陽電池性能表徵 ............................................ 5
2.4 外部量子效率 ............................................... 7
2.5奈米粒子自組裝技術 .......................................... 8
2.6奈米球微影技術 .............................................. 9
第三章 儀器介紹 ................................................... 11
3.1高密度電漿化學氣相沉積系統High Density Plasma Chemical Vapor11
3.2薄膜特性分析儀 (N & K analyzer) ............................ 12
3.3感應耦合式電漿蝕刻系統 (Inductive Couple Plasma Etcher, ICP-Etcher) ....................................................... 13
3.4太陽能模擬器 （solar simulator） ........................... 14
3.5入射光子轉換效率量測系統 （incident photon conversion efficiency， IPCE） ........................................... 16
3.6 掃描式電子顯微鏡 (scanning electron microscope, SEM) ...... 17
第四章 次波長結構製備與研究 ...................................... 20
4.1 利用FDTD(Finite-difference time-domain method)光學模擬軟體探討抗反射層結構 .................................................. 20
vi
4.2電腦模擬軟體模擬次波長結構對太陽能電池的影響與分析 ......... 24
4.2.1製作經過抗反射層後的穿透太陽光譜 ..................... 24
4.2.2 利用模擬軟體(1D-DDCC)找出最佳參雜濃度 ............... 27
4.2.3利用模擬軟體討論銦含量對太陽能電池效率的影響 ......... 28
4.2.4 利用反射光譜架構太陽能外部量子效應模擬 .............. 31
4.3樣品製備 ................................................... 33
4.3.1 探討最佳塗佈奈米球方法 .............................. 34
4.3.2奈米球一次塗佈與二次塗佈的分析 ....................... 40
4.3.3討論次波長結構下方不同薄膜厚度對反射率的影響 ......... 43
第五章 結論 ....................................................... 55
參考資料 .......................................................... 56

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