利用電子迴旋共振化學氣相沉積系統於低溫成長微晶矽薄膜及其應用於矽基薄膜太陽能電池

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：77

、訪客IP：18.216.104.55

姓名

李家榮(Chia-Jung Lee) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

利用電子迴旋共振化學氣相沉積系統於低溫成長微晶矽薄膜及其應用於矽基薄膜太陽能電池

相關論文

★ 富含矽奈米結構之氧化矽薄膜之成長與其特性研究	★ 導波共振光學元件應用於生物感測器之研究
★ 具平坦化側帶之超窄帶波導模態共振濾波器研究	★ 低溫成長鍺薄膜於單晶矽基板上之研究
★ 矽鍺薄膜及其應用於光偵測器之研製	★ 低溫製備磊晶鍺薄膜及矽基鍺光偵測器
★ 整合慣性感測元件之導波矽基光學平台研究	★ 矽基光偵測器研製與整合於光學波導系統
★ 光學滑鼠用之光學元件設計	★ 高效率口袋型LED 投影機之研究
★ 在波長為532nm時摻雜鉬之鈦酸鋇單晶性質研究	★ 極化繞射光學元件在高密度光學讀取頭上之應用研究
★ 不同溫度及波長之摻銠鈦酸鋇單晶性質研究	★ 經氣氛處理之鈦酸鋇單晶其光折變性質及電荷移轉與波長的關係
★ 在不同溫度時氣氛處理鈦酸鋇單晶性質之比較	★ 摻銠鈦酸鋇單晶的氧化還原與光折變性質

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

本篇論文之實驗是利用電子迴旋共振化學氣相沉積系統(ECRCVD)成長微晶矽薄膜，探討其薄膜性質，並應用在p-i-n型薄膜太陽能電池之本質主動層。ECRCVD系統具有的優點為工作壓力低（10-4~10-1torr）、蒸鍍溫度低、離子能量低、氣體解離度高、電漿密度高（1011~1013cm-3）、可獨立控制離子通量與離子能量及對基板低離子轟擊等，無需電極以避免其他雜質汙染。實驗中利用調變製程參數如製程氣體流量、氣體比例、磁場線圈電流大小、製程腔體壓力等探討微晶矽薄膜之特性。
由實驗結果得知，氫氣稀釋比、製程壓力為影響薄膜結晶率最主要因素，於ECRCVD製程中，結晶率極限約80%。利用提高氣體總流量，可提升微晶矽薄膜沉積速率最高至11.2Å/sec，高於傳統RF-PECVD系統約只有1~3 Å/sec許多，且於ECRCVD系統中，微晶矽製程不需大量氫氣稀釋即可獲得結晶相之薄膜，氫氣稀釋比最低約2.4，遠低於PECVD製程所需約20~50以上。在應用於太陽能電池本質層中，以薄膜結晶率為35%之電池效率最佳，效率為0.95%，可見微晶矽薄膜在微晶相接近非晶相之過渡區，最為適合做為太陽能電池之本質層，然而其效率稱不上優良，應為氫電漿密度過高，易侵蝕TCO(透明導電膜)基板導致透光率不足並在沉積p-i-n各層時造成各層界面的損傷。

摘要(英)

Experiments of this paper is the use of electron cyclotron resonance chemical vapor deposition system (ECRCVD) for microcrystalline silicon thin film growth to explore its film properties and application in pin-type thin-film solar cell intrinsic active layer. ECRCVD system has the advantages that low working pressure (10-4~10-1torr), low evaporation temperature, low ion energy, high gas dissociation and plasma density (1011~1013cm-3), low ion bombardment of the substrate, and ions flow as well as ion energy can be separately controlled. In experiments we use modulation process parameters such as process gas flow, gas ratio, the magnetic field coil current and the process chamber pressure to investigate the characteristics of microcrystalline silicon thin films.
According to the experimental results, the hydrogen dilution ratio, process pressure is the important factor affecting the film crystallization rate. And we found that the crystallization rate limit is about 80%. By raising the total gas flow rate, we can enhance the microcrystalline silicon thin film deposition rate up to 11.2Å/sec. And in ECRCVD system, we could obtain crystalline phase without large amount of hydrogen dilution. The hydrogen dilution ratio minimum is about 2.4, well below the PECVD process required that is about 20 to 50 or more. For intrinsic layers used in solar cells, as the film crystallinity is 35%, we can obtain the cell efficiency of 0.95%, showing that the mix of microcrystalline and amorphous phase would be the most suitable for the intrinsic layer. Yet its efficiency cannot be good due to the high hydrogen plasma density. It corrodes TCO substrate and results in insufficient light transmittance caused by layers interface damage.

關鍵字(中)

★ 微晶矽
★ 電子迴旋共振化學氣相沉積
★ 薄膜太陽能電池

關鍵字(英)

★ microcrystalline silicon
★ electron cyclotron resonance chemical vapor deposition
★ thin film
★ solar cell

論文目次

中文摘要 v
abstract vi
致謝 vii
目錄 viii
圖目錄 xi
表目錄 xiv
第一章簡介 1
1.1 研究動機與背景 1
1.2 研究目的與方法 2
第二章基本原理 4
2.1 氫化微晶矽薄膜介紹 4
2.2 微晶矽結構 6
2.3 氫化微晶矽薄膜太陽電池基本原理 15
2.4 電子迴旋共振化學氣相沉積法(ECR-CVD)原理 22
第三章研究設備與實驗流程 25
3.1 實驗設備 25
3.2 樣品製作與實驗流程 29
3.2.1 樣品試片清潔 29
3.2.2 薄膜製作流程 30
3.2.3 太陽能電池製作流程 31
3.3 實驗量測儀器 32
3.3.1　Dektak 表面輪廓儀 32
3.3.2　電子槍蒸鍍系統(E-gun) 33
3.3.3　快速退火爐(ARTs-RTA) 34
3.3.5　傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR) 35
3.3.6　紫外可見光光譜儀 (UV-visible) 37
3.3.7　光暗電導量測 38
3.3.8　拉曼光譜量測儀(Raman spectrum) 39
第四章實驗結果 41
4.1　微晶矽本質層(i-layer)之參數調變與其特性分析 41
4.1.1 氫氣稀釋比例 41
4.1.2製程腔體壓力 47
4.1.3 氣體總流量 50
4.1.4 主磁場線圈電流 53
4.1.5 不同薄膜厚度下之結晶體積比例 56
4.2 微晶矽薄膜太陽能電池 57
4.2.1 不同透明導電膜基板之影響 58
4.2.2 不同結晶體積比例之影響 60
4.2.3 不同本質層厚度之影響 62
4.2.4 與非晶矽本質層太陽能電池之比較 63
4.3 ECRCVD實驗結果與傳統PECVD製程之比較 66
第五章結論 68
參考文獻 70

參考文獻

[1] Sterling, H. F. and R. C. G. Swann, Solid-State Electron. 8, 653 (1965)
[2] Veprek, S., Marecek, V., ‘‘The preparation of thin layers of Ge and Si by chemical hydrogen plasma transport’’ (1986), Solid State Electronics, Vol. 11, pp. 683-684.
[3] Usui, S., Kikuchi, M., ‘‘Properties of heavily doped gd-Si with low resistivity’’ (1979), Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 34, pp. 1-11.
[4] M. Tsuda, S. Oikawa, K. Saito, J. Chem. Phys. 91 (1989) 6822.
[5] J. Perrin, O. Leroy, M.C. Bordage, Contrib. Plasma Phys. 36(1996) 3.
[6] Yamamoto, K., Materials Research Society Symp. Proc. 507 (1998)
[7] Wagner, H., Beyer, W., Solid-State Communications, Vol. 48, pp. 585-587 (1983)
[8] Bhattacharya, E., Mahan, A. H., Applied Physics Letters, Vol. 52, pp. 1587-1589 (1988)
[9] Langford, A. A., M. L. Fleet, B. P. Nelson, W.A. Lanford, and N. Maley, Physical Review B, Vol.45, 13367 (1992)
[10] Tauc, J., in: Optical properties of Solids, ed. by F. Abeles, p.277 (1972)
[11] Schropp, R. E. I., and M. Zeman, Amorphous and Microcrystalline Silicon Solar Cells, Kluwer Academic Publishers, Boston, P.47 (1998)
[12] Akihisa Matsuda, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 338, pp. 338-340 (2004)

指導教授

張正陽(Jenq Yang Chang)

審核日期

2013-7-29

推文