學位論文

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    奈米幾何結構對矽晶薄膜太陽能電池光學吸收之影響與研究
    (2012) 呂柏緯; Po Wei Lu
    本論文是利用有限時域差分法對於2μm厚之薄膜矽晶提出三種不同之表面奈米結構(包含:奈米柱、奈米錐與奈米鏡陣列)並對其光學吸收提升進行數值計算。相較於奈米柱與奈米錐陣列，奈米鏡陣列展示出了最高能量轉換效率。此結果主因於奈米鏡陣列具有將入射光耦合至共振模態的能力，使得入射光子於長波長區間可增加其光學路徑。而本研究中，奈米柱、奈米錐與奈米鏡陣列其最佳能量轉換效率分別為η=17.4%、18.8%與22.0%。而奈米柱、奈米錐與奈米鏡陣列相對於具有抗反射模之平面矽晶薄膜來說，其轉換效率分別提升為26.1%、36.2%與59.4%。這些發現顯示出矽晶薄膜太陽能電池於其表面製作奈米結構將可提升光學之吸收。
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    氮化銦鎵量子井結構應用於太陽能電池及其特性研究
    (2011) 鄭俊茂
    本論文中將氮化銦鎵量子井磊晶成長於圖案化藍寶石基板上來提升太陽能電池轉換效率。與傳統的太陽能電池結構比較之下，差排缺陷(threading dislocation)密度可以從1.28×109 降低至3.62×108cm2，使得太陽能電池的短路電流(Isc)提升60%。此外，氮化銦鎵量子井太陽能電池磊晶於圖案化藍寶石基板與一般的藍寶石基板其開路電壓(Voc=2.05V)與填充因子(FF=51%)幾乎相同。我們歸納元件效能的提升主要是磊晶層結晶品質的改善，其減少量子井中非輻射複合中心對光致載子的侷限效應，最終提升光致載子傳輸至元件外部的整體效率。
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    透明導電層ITO生長機制與特性分析及太陽能電池應用
    (2009) 吳靖揚
    本研究主要在於探討銦錫氧化物之光電特性，進而應用至矽奈米柱太陽能電池之上電極，電極主要功用為收集載子，因太陽能電池本身為吸收光並將光轉換為電之元件，因此其電極必須具備透光度極高特性，而電極本身導電度品質亦會影響到收集載子之效率，故高導電特性電極亦為必要條件。本研究之銦錫氧化物採用射頻磁控濺鍍法製作，經由一系列鍍膜參數探討出最佳鍍膜條件，再經由真空退火法尋I求最佳退火溫度與時間。基板溫度300℃濺鍍出之銦錫氧化物經過500℃、20分鐘真空退火後，於可見光區300 nm至700 nm波段之平均穿透率可高達90% 以上，而片電阻亦可低於10Ω/□。X-ray繞射分析部分，繞射峰包含(221)、(222)、(400)、(440)與(662)，且可發現隨退火溫度上升，(222)繞射強度有漸增趨勢，其薄膜結晶性更佳，而薄膜表面粗糙度亦可低於2 nm。 　　銦錫氧化物應用於太陽能電池上電極，對於矽奈米柱直徑為400 nm之p+-i-n結構太陽能電池而言，整體光電流密度從4.47 mA/cm2提升至27.6 mA/cm2，光轉電效率從0.45% 提升至4.73%，此乃透明導電層大幅縮短了載子行走距離，使電極之載子收集效率提升而導致光電流大幅增加，光轉電效率亦上升十倍之多。
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    利用單層聚苯乙烯奈米球於矽基太陽能電池抗反射層之研究
    (2008) 林倉毅; Chang Yi Lin
    目前太陽能電池在太陽光入射電池的表面時，會造成約40%以上光反射，其主要反射原因是因外部電極的大小會阻擋光的行進路徑，另外抗反射層的尺寸大小或材料的匹配也是影響光反射的原因之一。然而在1967年學者Bernhard利用電子顯微鏡在蛾眼的角膜表面發現約有200nm大小的週期性凸起的結構，此一結構會直接改變光進入空氣與角膜間的反射係數，可增加光的穿透性並降低其反射率。因此本論文研究將藉由蛾眼效應（Moth eye effect）的方式來製作矽基抗反射結構層。 　　此實驗是將聚苯乙烯奈米顆粒球直接鋪設於矽基板上，透過反應式離子蝕刻機（Reactive Ion Etching）做乾式蝕刻，並利用氧氣氣體蝕刻控制奈米顆粒球的尺寸大小，再利用四氟化碳氣體蝕刻控制矽基板之深度後，以製作出矽基抗反射層結構。製作完成之矽基抗反射層結構經由光譜儀量測其反射率，量測波長範圍為400nm至800nm。由反射光譜可得知，不含抗反射層結構之平面矽基板光反射量約為40%；製作抗反射層結構後，其光反射量最多可降低至8.8%，如此可達到抗反射的效果。以此方法製作之抗反射層結構具有較低成本、製作簡易、設備要求低的優點，並冀望可應用於矽晶太陽能電池上，並改善矽基抗反射層結構及改善太陽能電池整體之效率。
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    在N型矽基板以鋁誘發多晶矽薄膜以及ZnO:Al(AZO)抗反射層之太陽能電池研究
    (2015) 吳旭展; Wu, Hsu-Chan
    本論文是利用射頻磁控濺鍍系統，分別濺鍍鋁、矽薄膜，經由熱退火方式，使鋁誘發矽形成p型多晶矽，於本質矽基板之上利用不同退火時間進而達到摻雜的目的;並及量測及分析p-type矽薄膜之電性。進而探討應用於n型矽基板上，製備成太陽能電池元件後並量測光電轉換特性。 並研究ZnO:Al (AZO)薄膜濺鍍於塑膠基板上，在不同的薄膜厚度量測其薄膜的電特性及光特性，得到一ρ=4 x 10-4Ω-cm、μ=21 cm2/V·s、 n=6.4 x1020 1/cm3、可見光部分穿透率 75% 等特性於1100 nm之ZnO:Al (AZO)薄膜。 最後分別使用AZO薄膜以及鋁製備於電極部分進行太陽能電池光電轉換量測，最終我們在Al/p-Si/n-Si wafer/Al 結構上獲得一開路電壓為0.41V，光電流為0.38 mA/cm2 ，轉換效率為0.1% 的太陽能光伏元件。