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研究生: 沈莉雯
Shen, Li-Wen
論文名稱: 應用分佈式布拉格反射鏡於矽/矽鍺串疊太陽能電池之特性研究
Investigation performance of silicon and silicon germanium tandem solar cells with distributed Bragg reflector
指導教授: 李欣縈
Lee, Hsin-Ying
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Photonics
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 45
中文關鍵詞: 電漿增強式化學氣相沉積系統分佈式布拉格反射鏡矽薄膜太陽能電池
外文關鍵詞: Plasma-enhanced chemical vapor deposition system, distributed Bragg reflector, silicon thin film solar cell
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  • 本研究是以電子束蒸鍍系統鍍製二氧化鈦與二氧化矽,將其堆疊成分佈式布拉格反射鏡,並在其中加入以微影蝕刻製作的金屬導電柱以增加導電性,再將此結構作為矽/矽鍺串疊型太陽能電池之中間反射層。而使用電子束蒸鍍系統鍍膜時通入氧氣,可得到透明的二氧化鈦及二氧化矽薄膜,當分佈式布拉格反射鏡堆疊至2.5對時,可在波長515nm時達到55%的高反射率。將此反射鏡作為串疊型太陽能電池的中間反射層,可將頂部電池所需之短波長光源反射再利用,使頂部電池吸收層厚度減薄,提昇太陽能電池之光電流汲取效率。此外,本研究將設計的圖案導電金屬柱加入此絕緣的分佈式布拉格反射鏡,以提昇導電性。加入此導電分佈式布拉格反射鏡後,得到串疊型太陽能電池的效率為1.368%。

    In this work, the titanium dioxide (TiO2) and silicon dioxide (SiO2) were alternately deposited using electron beam evaporation system to form the distributed Bragg reflector (DBR), and the conductive metal pillars prepared by photo-etching were added into the DBR to enhance the conductivity; we use this structure as the intermediate reflector in the silicon and silicon germanium tandem solar cell. Transparent TiO2 and SiO2 could be deposited by electron beam evaporation system in O2 ambient. The 65-nm-thick TiO2 film and 103.5-nm-thick SiO2 film were alternately deposited for 2.5 pairs to form the DBR with high reflectivity of 55% at wavelength of 515 nm. By using this structure as the intermediate reflector in the tandem cell, the short-wavelength light would be reflected to the top cell to be reused. Therefore, the thickness of the active layer of the top cell could be reduced, and the current extraction efficiency would be enhanced consequently. Moreover, we designed and added the patterned conductive aluminum pillars into the insulating DBR to enhance the conductivity. With this conductive intermediate reflector, the conversion efficiency of the tandem solar cell is 1.368%.

    目錄 摘要 I Abstract III 誌謝 V 目錄 VII 表目錄 X 圖目錄 XI 第一章 序論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機 2 第二章 實驗原理 5 2.1 太陽能電池工作原理 5 2.1.1 光電基本轉換原理 5 2.1.2 短路電流 6 2.1.3 開路電壓 6 2.1.4 內建電場 7 2.1.5 填充因子 7 2.1.6 轉換效率 8 2.1.7 串、並聯電阻 8 2.2 矽薄膜沉積系統及沉積方式簡介 9 2.2.1 電漿增強式化學氣相沉積系統 9 2.2.2 化學氣相沉積原理 10 2.3 物理氣相沉積系統 12 2.3.1 物理氣相沉積方式 12 2.3.2 電子束蒸鍍系統 12 2.4 分佈式布拉格反射鏡 13 2.4.1 法布里-培若共振腔原理 13 2.4.2 穿透深度與等效共振腔長 14 2.4.3 分佈式布拉格反射鏡之截止頻帶與反射率 14 第三章 量測儀器與元件製程 22 3.1 薄膜及元件特性量測 22 3.1.1 光譜分析儀 22 3.1.2 橢圓偏光儀 22 3.1.3 轉換效率量測系統 22 3.2 分佈式布拉格反射鏡製作 23 3.2.1 試片清潔 23 3.2.2 堆疊分佈式布拉格反射鏡 23 3.3 元件製作 24 3.3.1 試片清潔 24 3.3.2 矽薄膜沉積 25 3.3.3 元件結構設計 25 3.3.4 元件製作 25 3.3.4.1 頂部電池製作 26 3.3.4.2 導電柱製作 27 3.3.4.3 分佈式布拉格反射鏡製作 29 3.3.4.4 電流擴散層製作 29 3.3.4.5 底部電池製作 29 3.3.4.6 背部電極製作 30 第四章 實驗結果與討論 37 4.1 分佈式布拉格反射鏡之量測 37 4.1.1 橢圓偏光儀量測 37 4.1.2 光譜分析儀量測 37 4.2 太陽能電池元件特性量測 38 4.2.1 基本元件特性量測 38 4.2.2 加入圖案導電柱之元件特性量測 38 第五章 結論 43 參考文獻 44 表目錄 表4-1 不同導電柱圖案組合 40 表4-2 串疊型太陽能電池之製程條件 40 圖目錄 圖2-1 理想太陽能電池等效電路 17 圖2-2 太陽能電池照光下之電壓-電流曲線圖 17 圖2-3 太陽能電池實際之等效電路 18 圖2-4 三腔體PECVD示意圖 18 圖2-5 三腔體PECVD腔體內部示意圖 19 圖2-6 化學氣相沉積法之成膜機制 19 圖2-7 電子束蒸鍍系統示意圖 20 圖2-8 法布里-培若共振腔示意圖 20 圖2-9 分佈式布拉格反射鏡之穿透深度示意圖 21 圖3-1 U-4100光譜分析儀 31 圖3-2 橢圓偏光儀 31 圖3-3 成長頂部非晶矽電池 32 圖3-4 指叉狀電極及新式電極 32 圖3-5 導電柱示意圖 32 圖3-6 製作金屬導電柱 33 圖3-7 蒸鍍分佈式布拉格反射鏡完成中間反射層 33 圖3-8 中間反射層製作流程 34 圖3-9 電流擴散層、底部電池及背部電極之製作 35 圖3-10 基本串疊元件結構 35 圖3-11 完整元件結構 36 圖4-1 二氧化鈦及二氧化矽之折射率 41 圖4-2 有無導電柱之分佈式布拉格反射鏡反射光譜 41 圖4-3 非晶矽/非晶矽鍺串疊型電池I-V曲線圖 42 圖4-4 具中間反射層之串疊型電池I-V曲線圖 42

    參考文獻
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