博碩士論文 952206059 詳細資訊




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姓名 謝宏健(Hung-Chien Hsieh)  查詢紙本館藏   畢業系所 光電科學與工程學系
論文名稱 以奈米小球提升矽薄膜太陽能電池吸收之研究
(Research on the absorption of silicon thin-film solar cell with nanosphere structure)
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摘要(中) 本文使用溶膠-凝膠法在鹼性環境下形成奈米級的小球有成本低且容易大量製造的優點。並將小球以Dip-Coating的方式單層鋪排在玻璃基板上,再利用物理氣相沈積法(PVD)的方式製鍍薄膜太陽能電池的吸收層,相較於目前業界所使用的化學氣相沈積法(CVD)來說,有設備成本低吸無毒的優點。故本文採用射頻磁控濺鍍系統來鍍製薄膜太陽能電池之吸收層。
目前有許多種方式來增加薄膜太陽能電池對太陽光譜的吸收效率,其中texture為一個重要且熱門的研究主題。本文以奈米級的小球作為新式的texture結構並應用在太陽能電池中的吸收層上。借由探討小球的形狀讓光在吸收層中路徑變長使得吸收機率變高進而增加入射光的吸收,由實驗証實在使用小球後比起同製程下無小球結構的矽薄膜在波長550nm~700nm吸收增加的效果特別顯著。其中250nm的矽薄膜搭配250nm的球可以在長波長有6.2倍的增加。
本文中利用觀察SEM的結果來推測矽薄膜的成膜的機制。再利用FDTD軟體建立一個模擬來驗證實驗量測得到的數值。證實使用奈米球的確可以幫助太陽能電池的吸收層得到更多的光,增加吸收量。因此可以在有小球結構下可以讓我們的吸收層厚度變低讓制程時間變短,所須要的厚度變低進而達到成本降低的目的。
摘要(英) Thin film solar cells generated less power per area than traditional silicon cells. In this article, the monolayer of nanospheres synthesized by sol-gel method was applied to be the texture structure of the absorption layer in thin film solar cell. How to improve the efficiency becomes an important topic for researchers.
Sol-gel synthesized the nanospheres has the advantage of produce easily and cheaply. To compare physical vapor deposition (PVD) with chemical vapor deposition (CVD), CVD had disadvantage like high facility cost and using the toxic processing gases such as silane (SiH_4). Reactive RF-magnetron sputter was employed to fabricate the absorption layer of the thin film solar cell.
In this study the absorption was measured by the integrate sphere. To compare the nanosphere structure with the reference structure (without nanospheres), the absorption enhancement in between the wavelength from 550nm to 700nm was simulated and achieved about 3 to 6 times and the mechanism of the deposition was discussed by observing SEM pictures. The simulation was built up and the result shows that the trends of measurement are similar.
By using this new texture structure, the fabrication of the solar cell can reduce the production cost, process time, make the thickness of the absorption layer less than before, and increase efficiency.
關鍵字(中) ★ 太陽能電池
★ 物理氣相沉積法
★ 奈米小球
★ 單層鋪排
★ 溶膠凝膠法
★ 有限時域差分法
關鍵字(英) ★ PVD
★ thin film solar cell
★ sol-gel
★ FDTD
★ monolayer
★ nanosphere
論文目次 中文摘要 I
Abstract II
致謝 III
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 太陽能電池的種類與發展 1
1-3 文獻回顧 4
第二章 理論基礎 7
2-1 光伏效應 7
2-2 薄膜太陽能池吸收層的材料 10
2-2-1 非晶矽 11
2-2-2 多晶矽 13
2-3 增加光通量的方法 15
2-4 溶膠-凝膠法 17
2-4-1 ph值對溶膠-凝膠法的影響 19
2-4-2 水含量的多寡對溶膠-凝膠法的影響 21
2-4-3 溶劑的比例對溶膠-凝膠法的影響 22
2-5 有限差分時域法 23
第三章 實驗儀器及內容 28
3-1 鍍製儀器-射頻磁控濺鍍系統 28
3-2 積分球 29
3-3 模擬工具 29
3-3-1 物理參數 30
3-3-2 數值參數 31
3-4 橢圓儀 32
3-5 實驗流程 33
第四章 實驗結果與討論 36
4-1 矽薄膜在奈米小球上的成長機制 36
4-2 量測與分析 38
4-3 模擬與分析 42
4-3-1 模擬方法 43
4-4 模擬結果 45
4-5 分析與討論 49
4-6 總結 50
第五章 結論 53
Conclusion 54
參考資料 55
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指導教授 李正中、陳昇暉
(Cheng-Chung Lee、Sheng-Hui Chen)
審核日期 2008-7-21
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