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博碩士論文 etd-0719113-143121 詳細資訊
Title page for etd-0719113-143121
論文名稱
Title
次波長結構作為太陽能電池抗反射層之研究
Study of Sub-wavelength Structure as Antireflective Layer on Solar Cell
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
102
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2013-06-24
繳交日期
Date of Submission
2013-08-19
關鍵字
Keywords
聚苯乙烯、矽太陽能電池、次波長結構、反射率
reflectance, sub-wavelength structure, silicon solar cell, polystyrene
統計
Statistics
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中文摘要
本實驗總共分為兩個部份,第一個部份為改變不同的蝕刻參數、奈米球直徑以及在矽上成長二氧化矽跟氮化矽兩種材料等參數,利用聚苯乙烯懸浮液在材料表面上的自組裝排列做為蝕刻遮罩,以感應耦合電漿蝕刻機進行蝕刻,形成次波長結構作為抗反射層,以減少矽本身的反射率而增加進入矽的光子數。
接著第二部分為利用第一部分得到的成果,應用在矽太陽能電池上,希望藉由降低反射率而增加太陽能電池的光子對電子的轉換效率。
測量反射率的機台為高屏地區奈米核心設施共同實驗室的薄膜特性分析儀,在太陽能電池效率量測上,主要利用太陽能模擬器模擬AM1.5G的光源,並對元件進行照光之I-V量測,藉此觀察樣品的開路電壓、短路電流、填充因子及轉換效率。本實驗可以得到最低反射率可達5.90 %,而裸矽的反射率則高達36 %,藉由讓進入太陽能電池的光子數變多,而進而將效率由2.46 %增至4.30 %。
Abstract
There are two parts in this study. The first part is by changing the etching time, the size of polystyrene ball, and the material (silica and silicon nitride) on silicon as parameter. And by using the polystyrene suspension to self-assemble on the surface of silica and silicon nitride as etching mask. Then inductively coupled plasma etching machine was used to etching the film on silicon to form the sub-wavelength structure as anti-reflection layer to reduce the reflectance of silicon and increase the number of photons into silicon.
Then the second part is to use the results of the first part on the silicon solar cell. By reducing the reflectance increases the conversion efficiency of photons to electronic.
The n&k analyzers was used in the National Science Council Core Facilities Laboratory forNano-Science and Nano-Technology in Kaohsiung-Pingtung area to measure the reflectance. For measurement the conversion efficiency used the solar simulator AM 1.5G as light source, and illuminate on simples for I-V measurements. The open circuit voltage, short circuit current, fill factor, and conversion efficiency of the samples was observed.
Form the study, the minimum reflectance was 5.90 %, comparing to 40 % of the bare silicon, and the efficiency was increase from 2.46 % to 4.30 %.
目次 Table of Contents
致謝 ii
摘要 iii
英文摘要 iv
目錄 v
圖目錄 vi
表目錄 viii
參數表 ix
第一章 緒論 1
1.1 太陽能電池簡述 1
1.2 矽太陽能電池歷史 1
1.3 次波長結構簡介 3
1.4 研究動機和目的 3
第二章 實驗原理與基礎 4
2.1 p-n接面太陽能電池基礎 4
2.2 光生伏特效應 5
2.3太陽電池性能表徵 6
2.4 外部量子效率 8
2.5 次波長結構 8
2.5.1 奈米粒子自組裝技術 8
2.5.2 奈米球微影技術 9
第三章 儀器介紹 10
3.1化學氣相沉積 (Chemical Vapor Deposition, CVD) 10
3.2快速熱退火 (rapid thermal annealing, RTA)[3-2] 11
3.3薄膜特性分析儀 (n&k analyzer) 12
3.4光學微影系統 (mask aligner and exposure system) 13
3.5感應耦合電漿蝕刻機 (inductively coupled plasma reactive Ion etching, ICP-etching) 14
3.6電子束蒸鍍 (electron beam evaporation) 16
3.7掃描式電子顯微鏡 (scanning electron microscope, SEM) 18
3.8太陽能模擬器 (solar simulator) 21
3.9入射光子轉換效率量測系統 (incident photon conversion efficiency, IPCE) 24
第四章 次波長結構製備與結果討論 26
4.1實驗步驟 26
4.2 以二氧化矽為基底製作次波長結構 28
4.2.1塗布濃度及蝕刻時間對反射率影響討論 28
4.2.2 奈米球大小對反射率影響討論 35
4.3 以氮化矽為基底製作次波長結構 40
4.3.1氧化時間對反射率影響討論 40
4.3.2塗布濃度及蝕刻時間對反射率影響討論 46
4.3.3 奈米球大小對反射率影響討論 53
4.4結果討論 58
第五章 次波長結構/矽太陽能電池製備與討論 60
5.1 模擬 60
5.2樣品製備 63
5.3二次電子影像 64
5.4電流-電壓曲線 66
第六章 結論 68
參考資料 69
附錄:時間解析光致螢光系統 i
參考文獻 References
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