矽量子點太陽能電池之應用

Abstract

當全球暖化問題愈來愈嚴重之時，綠色能源亦愈受重視，因此本研究係以半導體相關製程技術製作矽量子點太陽能電池(Silicon Quantum Dot Solar Cell)之綠色能源。 由量子觀念指出當矽材料三維方向皆於奈米尺度以下，便有以下三種特性: (1)多重激發；(2)量子侷限效應及(3)中間能隙之概念，因此本研究利用此三種特性應用於太陽能電池中。本實驗利用水平低壓爐管製作矽量子點於氮化矽膜層中，沉積氮化矽/非晶矽/氮化矽三明治夾層結構，並進行高溫退火以析成矽量子點於氮化矽中，為得到最高密度及適當尺寸之矽量子點，分別改變退火時間及非晶矽沉積時間以調整矽量子點密度及尺寸，並利用穿隧式電子顯微鏡(TEM)以進行分析。 本實驗主要製作n-i-p及n-p結構太陽能電池，於n-i-p結構中，改變n層多晶矽厚度及i層矽量子點層數，以得到太陽能電池最佳轉化效率，並且於量子效率及光響應度量測方面，皆量測到寬頻譜特性，以提高其效率，於上層再鍍製抗反射層，以提高短路電流密度，以提升整體效率。 而於n-p結構部分，製作n型矽量子點於p型矽晶片上，並比較不同層數矽量子點對太陽能特性之影響，此外為提高電子吸收效率，於最上層進行沉積透明導電層(ITO)及抗反射層(AR)，並且設計四種電極分別為，鈦/鋁/、鈦/鋁/ITO、鈦/鋁/ITO/AR及鈦/鋁/AR，比較其轉換效率，並針對其原因以進行分析。除此之外，亦進行量子效率及光響應度之量測，綜合以上，結合出最佳結構以得出最高之轉換效率。 綠色能源議題日漸受到重視，因此製作高效率矽量子點太陽能電池為本研究重要課題之一。