高效能之平面型紫外光偵測器與太陽能電池之光伏元件; High-Efficient Photovoltaic Devices.

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Title:	高效能之平面型紫外光偵測器與太陽能電池之光伏元件;High-Efficient Photovoltaic Devices.
Authors:	紀國鐘
Contributors:	光電科學研究中心
Keywords:	離子佈植;歐姆接觸;PIN;GaN;紫外光檢測器;氮化鎵;光響應度;暫態響應;光電工程
Date:	2006-07-01
Issue Date:	2010-12-06 16:00:30 (UTC+8)
Publisher:	行政院國家科學委員會
Abstract:	本計劃主要是分為（一）具有平面式結構之GaN-Based PIN UV 偵測器及（二）高效能之太陽能電池兩部分，計畫要點分別概述如下：（一）平面式GaN-Based PIN UV 檢測器部分，首先研究以離子佈植技術應用於GaN 材料，形成平面式的PIN UV 光檢測器，以下為主要的一些研究方向：第一年: 1. 研究以離子佈植技術將離子植入GaN 材料中，其材料電特性與光特性上的變化。 2. 應用適當的離子源與離子濃度將材料電特性由p-type GaN 轉變成n-type GaN，並定義元件幾何形狀形成平面式之PIN UV 光檢測器。 3. 為了減少製程複雜度，希望利用離子佈植的方式簡化元件製程，並且保有同磊晶方式成長製作的元件光電特性，是我們重點研究的方向之一。 4. 比較傳統方式製作之PIN UV 光檢測器與離子佈植方式所製作之平面型PIN UV 光檢測器，研究其對元件之breakdown voltage 和responsivity 特性上的影響與不同之處，希望在吸收頻譜上得到相同或更為陡峭之cutoff 曲線。 5. GaN、AlGaN、InGaN 等材料有不同的能隙，利用它們之間作不同的組合，使用在GaN-based PIN UV 光檢測器上，測量其光響應頻譜和光電流，並研究這些材料的異質PIN 能隙結構的物理特性。 6. 為了高頻之操作，空乏區必須儘可能縮小或減少遷移時間，另一方面，為了增加量子效率，空乏區必須夠厚以使大部份之入射光被吸收，因此在響應速度與量子效率之間必須有所選擇，找尋平衡點。 7. 使用在GaN-based PIN UV 光檢測器上，測量其光響應頻譜和光電流，研究GaN 材料經由離子植入後的表面能態與能隙結構之物理特性。 8. 同時也要考慮元件雜訊對於信號擷取與辨析能力的影響，我們可利用頻譜分析儀來量測其信號大小，因為當入射光功率降低，則信號與雜訊一樣大時，如此將使光檢測器失去檢測的功能。 9. 平面式PIN 光檢測器之結構,希望藉由量測元件之暫態響應時間，量子效率和穿隧電流等特性。 10. 將PIN 元件結構給平面化處理進行設計與開發研究，如此將利於元件與其他電路系統之整合，且大幅降低元件製作之成本。（二）光伏元件的另一研究重點是高效能太陽能電池，希望藉由化合物半導體材料的優勢，進行高效能的光電轉換特性研究，以下為主要的研究方向：第二年：高效率之GaN、InGaN 、InN、Si-QD』s 、TiO2 化合物薄膜成長機制之瞭解與成長。 1. 為了得到高效能太陽能元件的開發，將利用MOCVD（Metalorganic Chemical Vapor Deposition）或是MBE 來成長高品質之GaN、InGaN 與InN、Si-QD』s 、TiO2 等薄膜膜材料。 2. 分析材料薄膜與材料界面對於太陽電池光電轉換效率之影響。 3. 成長與設計出異質介面之GaN、InGaN 之太陽電池結構。4. 改變不同In 含量於GaN、 InGaN 等材料中，藉以調整最佳之磊晶品質與成分組成，並分析其材料對於太陽電池光電特性轉換的影響。5. 成長出高吸收特性Si 的量子點材料與TiO2 的奈米粒子。 6. 利用薄膜表面的披覆技術成長出高強度與高感光性質的InN 薄膜。7. 不同Si 的量子點材料與TiO2 的奈米粒子大小，對於太陽光的吸收轉換之間的關係，也是我們研究的重點之一。第三年：GaN、InGaN 、InN 、Si-QD』s 、TiO2 薄膜材料之利用及其太陽能電池之製作與量測。 1. 分析完成GaN、InGaN、InN、Si-QD』s 、TiO2 薄膜材料之成長條件與特性。2. 磊晶條件之建立與完成太陽電池結構之成長。3. 選用與製作太陽電池元件表面之金屬材料，以製作低漏電流、低阻值之歐姆接觸。4. 成長高穿透之SiNx 薄膜，利用其抗氧化反應與抗反射特性提升元件的光電轉換效率。5. 單接面及雙接面太陽電池元件設計與量測。6. 提高太陽能電池的開路電壓、短路電流、填充因子及光功率的轉換效能等。7. 建立一完整的理論基礎與量測系統。8. 降低太陽電池的等效串聯電阻。為了進一步研究元件之光電轉換之間的關係，我們進行高效能之光伏能源計畫，因此加入太陽能源的開發與研究；所以我們結合PIN 光偵測器的研究與高效能的太陽電池（Solar Cell）研究工作，利用我們既有之分瞭解的半導體豐富研究知識與技術，進行光能轉換成電訊號的研究機制。研究期間：9408 ~ 9507
Relation:	財團法人國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心
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