反應式濺鍍過渡態矽薄膜之研究

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周凌毅(Lin-I Chou) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

反應式濺鍍過渡態矽薄膜之研究
(Investigation on transition silicon thin film using RF reactive sputtering process)

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摘要(中)

由於人類對能源的需求越來越大，而在有限的資源下開發再生能源是一個必要的措施，在裡面太陽能佔了很大的部份，因為它取之不盡用之不竭，尤其是矽薄膜太陽能電池；近年來有不斷地的想法被提出，一般市場上場常用的方法是PECVD，但是有設備成本太高的問題，所以本文想利用比較便宜而且沒有污染的方法來鍍製矽薄膜太陽能電池的本質層，利用矽在結構上面的變化，發現了在過渡態可以形成高效率的微晶矽薄膜太陽能電池，其光敏度達到兩個次方，本文更利用了加上正偏壓的方式去改善結晶性不高的問題，使得其在同厚度下結晶比例上升，再加上正偏壓後，在過渡態也可以達到好的微晶矽太陽能電池的條件（光敏度達到兩個次方），亦利用了加上負偏壓克服了孔洞過多的問題，使得膜層更加的緻密，但卻又可以在過渡態時光敏度達到市面上所要求的兩個次方，這個方法克服了濺鍍不適合用於太陽能電池的說法。

摘要(英)

For mankind’’s demand for the energy is greater and greater, it is necessary to develop renewable energies under limited resources. Solar energy plays an important role in the renewable energies, because it is inexhaustible. One of the most important components is hydrogenated silicon thin film solar cells. A lot of kinds of ideas for the solar cells have been proposed in recently. The commercial method to fabricate thin film solar cells is PECVD. However, the method has disadvantages such as high facility cost. In this research, a cheaper and without toxic method to produce the intrinsic layer of silicon thin film solar cell has been demonstrated.
To analyze the characteristics of the different crystalline structures, high-efficiency hygrogenated microcrystalline silicon thin film solar cell can be achieved when the silicon film is transition type which photosensitivity can be larger than two order. Besides, positive bias voltage has been applied on the substrate to improve the crystallization under the same thickness. After combining the process of transition type silicon with the positive bias voltage, the crystallation fraction of the film can be increased and the photosensitivity can also higher than two order.
If we applied negative bias voltage on the substrate, the films become denser and less voids to reach two order in photosensitivity for the transition type of silicon. The results show the way to fabricate silicon thin film solar cells using spattering method.

關鍵字(中)

★ 矽薄膜
★ 太陽能

關鍵字(英)

★ solar cell
★ silicon thin film

論文目次

目錄
摘要 I
ABSTRACT II
致謝 III
圖目錄 VIII
表目錄 XII
第一章緒論 1
1-1 太陽能電池簡介 1
1-2 太陽能電池的分類[3] 3
1-3 含氫矽薄膜 5
1-3-2 含氫非晶矽薄膜 6
1-3-3 含氫微晶矽薄膜 9
1-3-4 製造含氫矽薄膜的方法及其優缺點 10
1-4 研究動機 12
1-5 實驗架構 14
第二章基本理論 16
2-1 實驗原理 16
2-1-1 物理氣相沈積法[25] 16
2-2 濺鍍原理 17
2-2-2 基礎電漿原理 17
2-2-3 射頻式反應磁控濺鍍 21
第三章實驗步驟以及方法 24
3-1 實驗流程與實驗步驟 24
3-2 實驗設備 25
3-3 量測儀器設備 27
3-3-1 光學量測儀器 27
3-3-1-1 可見光近紅外光光譜儀[37] 27
3-3-2 結構量測儀器 29
3-3-2-2 拉曼光譜儀(Raman spectroscopy) 29
3-3-2-3 X光繞射儀(X-Ray Diffractometer) 31
3-3-2-4 傅立葉轉換式紅外線光譜儀(FTIR) 33
3-3-2-5 場發射掃描式電子顯微鏡（SEM） 35
3-3-3 電性量測(Dark conductivity，Photo conductivity) 39
第四章實驗結果與討論 42
4-1 鍍製微晶矽薄膜-基板接地 42
4-1-1 XRD與Raman Spectroscopy的結果與討論 42
4-1-2 TEM分析 44
4-1-3 Band gap分析 44
4-1-4 氫含量以及結構因子分析 46
4-1-5 電性分析 49
4-2 鍍製過渡態矽薄膜-基板接地 50
4-2-1 XRD與Raman Spectroscopy的結果與討論 51
4-2-2 Band gap＆氫含量(Hydrogen content)以及結構因子的分析 52
4-2-3 電性分析 53
4-3 氫氣流量固定(Hydrogen Flux:17、20、23 sccm)，不同厚度下的過渡態分析-基板接地 54
4-3-1 XRD與Raman Spectroscopy的結果與討論 54
4-3-2 Band gap & 氫含量(Hydrogen content)以及結構因子(Microstructure Parameter)分析 57
4-3-3 鍍率(Deposition Rate)分析 58
4-3-4 電性分析 59
4-4 鍍製過渡態矽薄膜(Hydrogen flux:17、20、23 sccm)-基板加正五十伏偏壓 62
4-4-1 XRD與Raman Spectroscopy的結果與討論 62
4-4-2 Band gap &氫含量(Hydrogen content)以及結構因子分析 65
4-4-3 電性分析 66
4-5 鍍製過渡態矽薄膜(Hydrogen flux:17、20、23 sccm)-基板加負五十伏偏壓 69
4-5-1 XRD與Raman Spectroscopy的結果與討論 69
4-5-2 Band gap＆氫含量(Hydrogen content)以及結構因子(Microstructure Parameter)分析 72
4-5-3 電性分析 73
4-5-4 不同氫氣流量與過渡態的厚度分析 75
第五章結論 77
參考文獻 80

參考文獻

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指導教授

陳昇暉、李正中
(Sheng-Hui Chen、cheng-chung Lee)

審核日期

2009-7-22

推文