氮化物光伏元件之製程優化及硒化鎘量子點的應用

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黃禮智(Li-chih Huang) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

氮化物光伏元件之製程優化及硒化鎘量子點的應用
(Process optimization for nitride-based solar cells and the application of CdSe quantum-dot down-shifting layers)

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摘要(中)

本論文主要研究內容為優化鎳金合金氧化物薄膜(oxidized-Ni/Au thin films)和電極圖案以改善氮化物太陽能電池之轉換效率。利用不同厚度之Ni/Au鍍至玻璃基板並進行不同溫度之熱退火，探討其穿透率與導電性。最後，將最佳化之Ni/Au參數配合不同之電極圖案製作於氮化物太陽能電池，並進行直流量測、分析與討論。
我們將圓形電極圖案和Ni/Au透明導電膜(5/5 nm，500℃)製作於元件上並在AM1.5標準光源下，量測其開路電壓(VOC)為2.24 V，短路電流密度(JSC)為0.273 mA/cm2，填充因子為61.2 %和轉換效率為0.373 %。實驗結果顯示，進行電極圖案和Ni/Au透明導電膜之優化可改善太陽能電池之轉換效率。
另外，本論文驗證出利用硒化鎘量子點(CdSe quantum dots)可增加異質接面(heterojunction with intrinsic thin layer, HIT)矽晶太陽能電池之轉換效率。利用化學溶膠法(chemical colloidal method)製備CdSe量子點塗佈於元件之表面用以進行發光下轉移(luminescent down-shifting)改善元件表現。在AM1.5標準光源照射下，相較於無量子點塗佈之元件，量子點濃度為0.95 wt%之元件在轉換效率有高達20%的提升。

摘要(英)

This study focuses on improve the power conversion efficiency of nitride-based solar cells by optimizing the oxidized-Ni/Au thin films and the electrode pattern. We used different Ni/Au thickness(3/3, 5/5, 4/8, 6/8, and 4/6 nm) deposited on glass substrates and annealing at different temperatures(450, 500, 550, and 600 ℃). The film’s transparency and conductivity were analyzed. The nitride-based solar cells was fabricated with the optimized parameters of Ni/Au and the electrode pattern.
The fabricated solar cell with circular electrode pattern and transparent conductive layer of Ni/Au (5/5 nm) annealed at 500℃ in air exhibits an open circuit voltage (VOC) of 2.24 V, the short-circuit current density (JSC) of 0.273 mA/cm2, the fill factor (FF) of 61.2%, and the conversion efficiency (η) of 0.373% under AM1.5 illumination. It was observed that the conversion efficiency can be improved by optimizing the electrode pattern and oxidized-Ni/Au thin films.
Furthermore, the enhanced efficiency of the heterojunction with intrinsic thin layer (HIT) silicon solar cell by CdSe quantum dots (QDs) was demonstrated. The CdSe QDs was fabricated by chemical colloidal method and employed as luminescent down-shifting (LDS) layer on the surface of a HIT Si solar cell to improve its performance. Under AM1.5 illumination, the conversion efficiency of HIT Si solar cell with CdSe QDs (0.95wt%) is improved maximally 20% as compared to the one without CdSe QDs.

關鍵字(中)

★ 氮化物
★ 太陽能電池
★ 發光下轉移
★ 硒化鎘

關鍵字(英)

★ nitride-based
★ solar cells
★ down-shifting
★ CdSe

論文目次

摘要 I
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章緒論 1
1.1 前言 1
1.2 氮化物半導體於光伏電池上的應用 2
1.3 氮化物光伏元件的研究現況 3
1.4 研究動機與目的 4
第二章實驗原理與相關理論 6
2.1 太陽能電池簡介與相關理論 6
2.2 透明導電膜之應用 12
2.3 量子點簡介與發光特性 15
第三章製作流程與步驟 19
3.1 Ni/Au玻璃試片製作 19
3.2 光罩設計與製作 21
3.3 元件製作流程 25
3.4 硒化鎘量子點(CdSe Quantum dots)溶液 28
第四章實驗結果分析與討論 30
4.1 透明導電膜對元件之影響 30
4.2 利用透明導電層與電極圖案提升氮化鎵基質太陽能電池之最佳化結果 35
4.3 硒化鎘量子點之應用 40
第五章結論與未來展望 50
5.1 結論 50
5.2 未來展望 51
參考文獻 52

參考文獻

[1] 楊智喬，「三五族太陽能電池製作」，國立成功大學，碩士論文，民國九十六年七月
[2] Omkar Jani, Ian Ferguson, Christiana Honsberg, and Sarah Kurtz, ”Design and characterization of GaN/InGaN solar cells”, Appl. Phys. Lett. Vol 91, pp.132117, July 2007.
[3] Jae-Phil Shim, Seong-Ran Jeon, Yon-Kil Jeong, and Dong-Seon Lee, “Improved Efficiency by Using Transparent Contact Layers in InGaN-Based p-i-n Solar Cells”, IEEE Elec. Dev. Lett. Vol 31, pp.1140-1142, October 2010.
[4] Xiaobin Zhang1, XiaoliangWang, Hongling Xiao, Cuibai Yang, Junxue Ran, CuimeiWang, Qifeng Hou and Jinmin Li, “Simulation of In0.65Ga0.35 N single-junction solar cell”, J. Phys. D: Appl. Phys. Vol 40, pp.7335–7338, September 2007.
[5] Hasna Hamzaoui, Ahmed S. Bouazzi and Bahri Rezig, ”Theoretical possibilities of InxGa1_xN tandem PV structures”, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, Vol 87, pp.595-603, May 2004.
[6] B. H. Boo and D. E. Kang, “Growth of High-quality GaN Thin Films on Si(111) Substrates with Silicon Nitride Buffer Layers by Using Pulsed Laser Deposition”, J. Korean Chem. Soc. Vol. 59, pp.3284-3288, November 2011.
[7] H. Song, J. Suh, E. K. Kim, K. H. Baik and S. M. Hwang, “Growth of high quality a-plane GaN epi-layer on r-plane sapphire substrates with optimization of multi-buffer layer”, J. Cryst. Growth Vol. 312, pp.3122-3126, October 2010.
[8] Yousuke Kuwahara, Takahiro Fujii, Toru Sugiyama, Daisuke Iida, Yasuhiro Isobe, Yasuharu Fujiyama, Yoshiki Morita, Motoaki Iwaya, Tetsuya Takeuchi, Satoshi Kamiyama, Isamu Akasaki, and Hiroshi Amano1, “GaInN-Based Solar Cells Using Strained-Layer GaInN/GaInN Superlattice Active Layer on a Freestanding GaN Substrate”, Appl. Phys. Express Vol. 4, pp. 021001, December 2010.
[9] solarinsolation, http://solarinsolation.org/tag/pv/
[10]PVEducation, http://www.pveducation.org/
[11] CMDITR Photonics Wiki, http://photonicswiki.org
[12] J. K. Sheu, Y. K. Su, G. C. Chi, W. C. Chen, C. Y. Chen, C. N. Hung, J.M. Hong, Y. C. Yu, C. W. Wang, and E. K. Lin, J. Appl. Phys. 83, 3172 (1998)
[13] Mike Grundmann, Jason Haaheim, Amir Moshar, Joe Summers, Department of Electrical and Computer Engineering, University of California – Santa Barbara
[14] 高濂，鄭珊和張青紅，奈米光觸媒，五南圖書，臺北市，2004.
[15] W. W. Yu, L. Qu, W. Guo, and X. Peng,
”Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals” Chem. Mater., Vol 15, pp. 2854-2860, February 2003.
[16] 陳冠璁，「表面活性劑對硒化鎘及硒化鋅鎘奈米合金在高溫有機金屬製程中的效應」，國立中央大學，碩士論文，民國九十九年六月
[17] R. Dahal, B. Pantha, J Li, J. Y. Lin, and H. X. Jiang, “InGaN/GaN multiple quantum well solar cells with long operating wavelengths”, Appl. Phys. Lett. Vol 94, pp.063505, February 2009.
[18] Ya-Ju Lee, Min-Hung Lee, Chun-Mao Cheng, and Chia-Hao Yang, “Enhanced conversion efficiency of InGaN multiple quantum well solar cells grown on a patterned sapphire substrate”, Appl. Phys. Lett. Vol 98, pp.263504, June 2011.
[19] Jin-Kuo Ho, Charng-Shyang Jong, Chien C. Chiu, Chao-Nien Huang, Chin-Yuen Chen, and Kwang-Kuo Shih, “Low-resistance ohmic contacts to p-type GaN”, Appl. Phys. Lett. Vol 74, pp. 1275-1277, January 1999.
[20] Jinn-Kong Sheu, Chih-Ciao Yang, Shang-Ju Tu, Kuo-Hua Chang, Ming-Lun Lee, Wei-Chih Lai, and Li-Chi Peng,”Demonstration of GaN-Based Solar Cells With GaN/InGaN Superlattice Absorption Layers”, IEEE Elec. Dev. Lett. Vol 30, pp. 225-227, March 2009.
[21] Antonio Luque and Antonio Martı´, “Increasing the Efficiency of Ideal Solar Cells by Photon Induced Transitions at Intermediate Levels”, Phys. Rev. Lett. Vol 78, pp.5014-5017, February 1997.
[22] L. Cuadra, A. Martı´ and A. Luque, “Type II broken band heterostructure quantum dot to obtain a material for the intermediate band solar cell”, physica E Vol 14, pp.162-165, April 2002.
[23] 陳信助、林建中、王珣彣、蔡閔安、韓皓惟、蔡育霖、余沛慈和郭浩中，「增加單晶矽奈米柱太陽能電池轉換效率經由硫化鎘量子點」，國家奈米元件實驗室奈米通訊，第18卷第2期，20-25頁，2011年6月。
[24] 陳信助、林建中、蔡育霖、韓皓惟、余沛慈和郭浩中，「利用硫化鎘量子點製作高效率敏化的砷化鎵太陽能電池」，國家奈米元件實驗室奈米通訊，第19卷第2期，19-23頁，2012年6月。

指導教授

賴昆佑(Kuen-you Lai)

審核日期

2013-10-22

推文