減少太陽能電池在斜向入射的反射率是近年來提升太陽能電池整體效率的方向之一。本研究透過光學模擬軟體”TracePro”模擬分析不同的幾何結構、深寬比和尺寸大小的抗反射膜對不同角度的影響。模擬結果顯示溝槽結構比平板結構在斜向入射上有較低的反射率，而結構的深寬比越高和尺寸越小也能有效改善反射率。
實驗上選擇PDMS作為抗反射層材料，並利用黃光微影製作了深寬比0.5和2的柱狀結構抗反射層和20、40、60、80微米(um)四種不同尺寸的金字塔結構。利用太陽能模擬器測量不同傾斜角度入射光下的發電效率，在60度時深寬比2的結構和深寬比0.5相比可提升14.7%的發電量。微結構尺寸縮小亦可提升效率，20um的金字塔結構比80um金字塔結構在60度傾角多19.6%的發電量。
最後利用四氟化碳(CF4)對PDMS表面蝕刻，可產生無序奈米結構。經電子顯微鏡觀察，蝕刻超過4小時後，結構尺寸轉變成微米等級。實驗上使用蝕刻2小時、4小時的結構做為抗反射膜。在傾斜角60度時，蝕刻4小時的結構發電量高於蝕刻2小時的結構18.8%。

Recently, the skills to reduce the solar cell reflectance at oblique incidence to enhance the overall efficiency of solar cells attracted much attention. the relationships between geometric structures, aspect ratios (depth over width) and sizes of the anti-reflective film (AR film) with the angles of incidence by using an optical simulation software "TracePro ". Simulation results showed that the anti-reflection effect produced by the trench structure is much lower than that of the plane structure. Structure of the higher aspect ratio and smaller size can also be effective in improving anti-reflection.
PDMS was chosen as the material to construct an anti-reflective layer. Then, the study used optic lithography techniques to produce square-column structures with aspect ratios of 0.5 and 2 and also four pyramid structures of sizes 20,40,60,80 microns. Using a solar simulator we measured and calculated efficiency in generation of power with respect to different angles of incidence. At angle of incidence at 60 degrees, structure with aspect ratio of 2 obtained 14.7% higher efficiency in power generation than that of structure with ratio of 0.5. Decrease in size also enhanced efficiency. Also at 60 degrees of incidence, pyramid structure of 20um obtained over 19.6% of generating capacity than that of pyramid structure of 80um .
At last, etching of PDMS surface was completed using carbon tetra fluoride (CF4) plasma. The PDMS surface thus became random nano-structure. Using Electron microscopy, the desired feature was discovered to become a micron-level structure if the processing time of plasma etching exceeds 4 hours. Two types of structures were produced by CF4 plasma etching, that by processing time of 2 hours and 4 hours on the AR film, respectively. At a 60-degree angle of incidence, AR film by 4 hours of etching obtained 18.8% greater generating capacity than that of AR film by 2 hours of etching.

目錄
第一章 緒論 9
1-2研究動機 12
第二章 基礎理論與文獻探討 14
2-1基礎理論 14
2-1-1太陽能電池運作原理 14
2-1-2抗反射層運作原理 16
2-1-3單界面的反射與穿透 18
2-1-4單層膜的反射與穿透 21
2-1-5非均勻介電質薄膜 26
2-2文獻探討 28
2-2-1傳統抗反射層的材料和製作 28
2-2-2微結構抗反射層製作 30
2-2-3PDMS的特性與結構製作 32
第三章 實驗規劃與模擬分析 36
3-1實驗規劃 36
3-2實驗設備 38
3-3軟體模擬 39
3-3-1TracePro簡介 39
3-3-2比較數值模擬和理論計算的差異 41
3-3-3比較數值模擬和實際實驗的差異 43
3-3-4模擬不同深寬比對不同入射角的影響 45
第4章 實驗結果與討論 54
4-1黃光微影製作微結構 54
4-2感應耦合電漿蝕刻PDMS薄膜 61
4-3以太陽能模擬器測量抗反射層效率 74
第五章結論 88
參考文獻 89


圖表目錄
圖1-1、太陽能電池種類 10
圖1-2、壓印產生蛾眼狀微結構 12
圖2-1、pn接面內部電場 14
圖2-2、pn接面的IV特性圖 15
圖2-3、單層膜示意圖 21
圖2-4、單層膜斜向入射示意圖 24
圖2-5、比較在矽基板上二氧化矽抗反射層的效能 27
圖2-6、氟化鎂和二氧化鈰雙抗反射層在太陽能電池上的效能 28
圖2-7、不同折射係數的二氧化鈦抗反射膜的反射率 29
圖2-8、太陽光譜和平板在一天中不同時段的入射強度 30
圖2-9、週期200nm深100nm的光柵結構 30
圖2-10、蛾眼狀微結構的模擬結果 30
圖2-11、使用ECR製作奈米柱於PMMA上和不同角度的反射率 31
圖2-12、PDMS的黏滯係數和溫度、時間的關係圖 32
圖2-13、PDMS的折射率 33
圖2-14、使用SEM拍攝Sylgard 184所製作的圖案 33
圖2-15、使用E-beam製作PDMS母模(a)設定120nm線寬，AFM量測實際線寬80nm
(b)設定50nm線寬，AFM量測實際線寬40nm 33
圖2-16、不同的背景壓力下使用AFM掃描的結構圖 33
圖2-17、經CF4電漿處理PDMS表面 34
圖3-1、實驗流程示意圖 35
圖3-2、元件結構示意圖 35
圖3-3、Left off示意圖 37
圖3-5、測試的結構示意圖 40
圖3-6、模擬的照度圖。 41
圖3-7、Morales等人在二氧化鈦為64nm下，針對不同厚度的二氧化矽進行反射率的量測 43
圖3-8、Tracepro模擬二氧化鈦64nm和二氧化矽106nm雙抗反射層 43
表3-1、Tracepro模擬二氧化鈦64nm和二氧化矽106nm雙抗反射層 43
圖3-9、TracePro模擬結構示意圖 44
圖3-10、TracePro模擬結構示意圖 45
圖3-11、TracePro模擬結構示意圖 45
圖3-12、TracePro模擬結構示意圖 45
圖3-13、TracePro模擬黑體輻射6000K之頻譜圖 46

圖3-14、TracePro模擬200nm的二氧化矽抗反射層以及高10um、寬10um、週期10um的PDMS溝槽結構抗反射層之反射率 46
表3-2、TracePro模擬200nm的二氧化矽抗反射層以及高10um、寬10um、週期10um的PDMS溝槽結構抗反射層之反射率 46
圖3-15、TracePro模擬深寬比2、4、6、10的PDMS溝槽結構抗反射層之反射
率 47
表3-3、TracePro模擬深寬比2、4、6、10的PDMS溝槽結構抗反射層之反射
率 47
圖3-16、TracePro模擬同深寬比，但寬度為500nm、1um的PDMS溝槽結構抗反射層之反射率 48
表3-4、TracePro模擬同深寬比，但寬度為500nm、1um的PDMS溝槽結構抗反射層之反射率 48
圖3-17、TracePro模擬60nm二氧化鈦、200nm二氧化矽雙抗反射層以及60nm二氧化鈦和高500nm、寬5um、週期500nm的PDMS溝槽結構雙抗反射層之反射
率 49
表3-5、TracePro模擬60nm二氧化鈦、200nm二氧化矽雙抗反射層以及60nm二氧化鈦和高500nm、寬5um、週期500nm的PDMS溝槽結構雙抗反射層之反射
率 49
圖3-18、以200nm SiO2抗反射層的數據為基準，深寬比1的結構在不同傾斜角下的效率提升百分比。 50
圖3-19、深寬比2抗反射層的數據為基準，深寬比10的結構在不同傾斜角下的效率提升百分比。 50
圖3-20、以寬度為1um抗反射層的數據為基準，寬度為500nm抗反射的結構在不同傾斜角下的效率提升百分比。 51
圖3-21、以二氧化鈦60nm和二氧化矽200nm的抗反射層的數據為基準，二氧化鈦60nm和PDMS寬500nm、週期500nm、高5um的抗反射層的結構在不同傾斜角下的效率提升百分比。 52
圖4-1、製程示意 54
圖4-2、蝕刻時間60分鐘(a) 54
圖4-3、蝕刻時間60分鐘(b) 55
圖4-4、蝕刻時間120分鐘 55
圖4-5、蝕刻時間60分鐘的電子顯微鏡剖面圖 56
圖4-6、蝕刻時間120分鐘的電子顯微鏡剖面圖 56
圖4-7、20um金字塔結構的光學顯微鏡圖 58
圖4-8、40um金字塔結構的光學顯微鏡圖 58
圖4-9、60um金字塔結構的光學顯微鏡圖 58
圖4-10、80um金字塔結構的光學顯微鏡圖 59
圖4-11、ICP Power為100w和Bias Power為100w的電子顯微鏡圖 60
圖4-12、ICP Power為200w和Bias Power為100w的電子顯微鏡圖 61圖4-13、ICP Power為400w和Bias Power為100w的電子顯微鏡圖 61
圖4-14、ICP Power為100w時的電子顯微鏡圖 62
圖4-15、ICP Power為400w時的電子顯微鏡圖 62
圖4-16、ICP Power為400w 蝕刻時間2小時的電子顯微鏡圖 63
圖4-17、ICP Power為400w 蝕刻時間2小時的原子力顯微鏡圖 64
圖4-18、ICP Power為400w 蝕刻時間為4小時的電子顯微鏡圖(a) 65
圖4-19、ICP Power為400w蝕刻時間為4小時的電子顯微鏡圖(b) 65
圖4-20、ICP Power為400w 4小時的橫截面電子顯微鏡圖 66
圖4-21、ICP Power為400w 蝕刻時間為6小時的電子顯微鏡圖 66
圖4-22、ICP Power為400w 蝕刻時間為6小時的橫截面電子顯微鏡圖 67
圖4-23、ICP Power為400w 蝕刻時間為8小時的電子顯微鏡圖 67
圖4-24、ICP Power為400w 蝕刻時間為8小時的橫截面電子顯微鏡圖 68
圖4-25、蝕刻時間為30分鐘的電子顯微鏡圖 69
圖4-26、蝕刻時間為1小時的電子顯微鏡圖 70
圖4-27、蝕刻時間為2小時的電子顯微鏡圖 70
圖4-28、蝕刻時間為30分鐘的電子顯微鏡圖 71
圖4-29、蝕刻時間為1小時的電子顯微鏡圖 72
圖4-30、傾斜角0度第一組實驗組的I-V曲線圖 75
圖4-31、傾斜角30度第一組實驗組的I-V曲線圖 75
圖4-32、傾斜角60度第一組實驗組的I-V曲線圖 76
圖4-33、傾斜角0度第二組實驗組的I-V曲線圖 77
圖4-34、傾斜角0度第二組實驗組的I-V曲線圖 78
圖4-35、傾斜角0度第二組實驗組的I-V曲線圖 78
圖4-36、傾斜角0度第三組實驗組的I-V曲線圖 79
圖4-37、傾斜角30度第三組實驗組的I-V曲線圖 80
圖4-38、傾斜角60度第三組實驗組的I-V曲線圖 80
圖4-39、第一組發電效率比較圖 81
圖4-40、第二組發電效率比較圖 82
圖4-41、第三組發電效率比較圖 83
圖4-42、所有結構發電效率比較圖 86

[1].JIANHUA ZHAO, AIHUA WANG, GREEN M. A. 24.5% Efficiency silicon PERT cells on MCZ substrates and 24.7% efficiency PERL cells on FZ substrates. Progress in photovoltaics 1999, vol. 7, pp. 471-474 .
[2].Barnham. A new approach to high-efficiency multi-band- gap solar cells. Journal of Applied Physics 67, 3490–3493.
[3].Maruyama E et al. Sanyo's Challenges to the Development of High-efficiency HIT Solar Cells and the Expansion of HIT Business.Photovoltaic Energy Conversion, Conference Record of the 2006 IEEE 4th World Conference on , vol.2, no., pp.1455-1460, May 2006.
[4].Ingrid Repins et al.Characterization of 19.9% Efficient CIGS Absorbers.the 33rd IEEE Photovoltaic Specialist Conference.
[5].X. Wu, J. C. Keane, R. G. Dhere, C. DeHart, D. S. Albin, A. Duda, T. A.Gessert, S. Asher, D. H. Levi, and P. Sheldon in Proc. 17th Europ. Photovolt.Solar Energy Conf.
[6]. Staebler DL, Wronski CR. Appl Phys Lett 1977;31:292.
[7]. Boden et al. Bio-mimetic subwavelength surface for near-zero reflection sunrise to sunset. In: Proceedings of the FourthWorld Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Hawaii.
[8]. Green MA, Blakers AW, Wenham SR, Narayanan S, Willison MR, Taouk M, Szpitalak T. Improvements in silicon solar cell efficiency. Proceedings of the 18th IEEE Photovoltaics Specialists Conference, 1985; 39–42.
[9].B. S. Richards.Prog. Photovolt: Res. Appl. 2004; 12:253–281 (DOI: 10.1002/pip.529).
[10].Ghandhi SK. VLSI Fabrication Principles: Silicon and Gallium Arsenide, 2nd edn. Wiley Interscience: New York,1983.
[11].Pernau Th et al. Hydrogen passivation and silicon nitride deposition using an integrated LPCVD process. Proccedings of the 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2000; 1373–1376.
[12].Vogl B et al. Inclusion of dielectric films for surface passivation of buried contact solar cells. Proceedings of the 28th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2000; 327–330.
[13].Aberle AG. PECVD silicon nitride: review of the fundamental properties and prospects for application in the photovoltaics industry. Recent Research Developments in Vacuum Science and Technology 1999; 1: 177–229.
[14].von Aichberger S. Deeper than blue: market survey on deposition systems for silicon nitride. Photon International,March 2003; 50–55.
[15].von Aichberger S. Deeper than blue: market survey on deposition systems for silicon nitride. Photon International,March 2003; 50–55
[16].Vetter M. Surface passivation of silicon by rf-magnetron sputtered silicon nitride films. Thin Solid Films 1999; 337:118.
[17].Lee I, Lim DG, Lee SH, Yi J. The effects of a double layer anti-reflection coating for a buried contact solar cell application. Surface Coatings and Technology 2001; 137: 86–91.
[18].KernW, Tracy E. Titanium dioxide antireflection coating for silicon solar cells by spray deposition. RCA Review 1980;
41: 133–180.
[19].Richards BS.Single-material TiO2 double-layer anti-reflection coatings. Solar Energy Materials and Solar Cells 2003;79: 369–390.
[20].KernW, Tracy E. Titanium dioxide antireflection coating for silicon solar cells by spray deposition. RCA Review 1980;41: 133–180.
[21].D. Chen / Solar Energy Materials & Solar Cells 68 (2001) 313}336.
[22].D. Buie et al. /Solar Energy Materials & Solar Cells 81 (2004) 13–24
[23].C. David et al./ Microelectronic Engineering 61 –62 (2002) 435 –440.
[24].Boden, S.A., Bagnall, D.M., 2006. Bio-mimetic subwave length surface for near-zero reflection sunrise to sunset. In: Proceedings of the FourthWorld Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Hawaii
[25].Y. Kanamori, M. Sasaki, and K. Hane. Broadband antireflection gratings fabricated upon silicon substrates, Opt. Lett 24, 1422-1424 (1999).
[26].Kanamori Y, Hane K, Sai H and Yugami H. 100 nm period silicon antireflection structures fabricated using a porous alumina membrane mask. 2001 Appl. Phys.Lett 78 142.
[27].Chia-Jen Ting et al. Low cost fabrication of the large-area anti-reflection films from polymer by nanoimprint/hot-embossing technology. Nanotechnology 19 (2008) 205301 (5pp).
[28].Dow CorningR Product information sheet of Sylgard 184 (2005).
[29].Quake et al. From micro- to nanofabrication with soft materials, Science 290 (2000) 1536–1540.
[30].F Schneider et al. Mechanical properties of silicones for MEMS.J. Micromech. Microeng. 18 (2008) 065008 (9pp).
[31].F. Schneider et al. / Sensors and Actuators A 151 (2009) 95–99
[32]. Q.B. Xu, B.T. Mayers, M. Lahav, D.V. Vezenov, G.M. Whitesides, J. Am. Chem.Soc. 127 (2005) 854.
[33].M. Bender, U. Plachetka, J. Ran, A. Fuchs, B. Vratzov, H. Kurz, J. Vac. Sci. Technol.B 22 (2004) 3229.
[34]. H. Schmid, B. Michel./ Macromolecules 33 (2000) 3042.
[35].J. Taniguchi, Y. Tokano, I. Miyamoto, M. Komuro, H. Hiroshima./Nanotechnology 17 (2006) 197.
[36]. Xiangdong Ye et al. Research on the cast molding process for high quality PDMS molds. Microelectronic Engineering 86 (2009) 310–313 311
[37].H. Hillborg et al. / Polymer 41 (2000) 6851–6863.
[38].Manca et al. Influence of Chemistry and Topology Effects on Superhydrophobic CF4-Plasma-Treated Poly(dimethylsiloxane) (PDMS). Langmuir 2008, 24, 1833-1843.
[39].Morales-Acevedo, A.Luna-Arredondo, E.Santana, G.Double anti-reflection layers for silicon solar cells obtained by spin-on. Photovoltaic Specialists Conference, 2002 Conference Record of the Twenty-Ninth IEEE , vol., no., pp. 293-295, 19-24 May 2002.
[40].楊德仁，太陽能電池材料，五南書局(2009)。
[41].李正中，薄膜光學與鍍膜技術，藝軒出版社(2009)。
[42].葉玉堂、饒建珍、肖峻，幾何光學，五南書局(2008)。