反應式濺鍍過渡態矽薄膜之研究

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：24

、訪客IP：3.145.64.241

姓名

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)

相關論文

★ 半導體雷射控制頻率	★ 比較全反射受挫法與反射式干涉光譜法在生物感測上之應用
★ 193nm深紫外光學薄膜之研究	★ 超晶格結構之硬膜研究
★ 交錯傾斜微結構薄膜在深紫外光區之研究	★ 膜堆光學導納量測儀
★ 紅外光學薄膜之研究	★ 成對表面電漿波生物感知器應用在去氧核糖核酸及微型核糖核酸雜交反應檢測
★ 成對表面電漿波生物感測器之研究及其在生醫上的應用	★ 探討硫化鎘緩衝層之離子擴散處理對CIGS薄膜元件效率影響
★ 以反應性射頻磁控濺鍍搭配HMDSO電漿聚合鍍製氧化矽摻碳薄膜阻障層之研究	★ 掃描式白光干涉儀應用在量測薄膜之光學常數
★ 量子點窄帶濾光片	★ 以量測反射係術探測光學薄膜之特性
★ 嵌入式繼光鏡顯微超頻譜影像系統應用在口腔癌切片及活體之設計及研究	★ 軟性電子阻水氣膜之有機層組成研究

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)

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

[1] L. Raniero, N. Martins, P. Canhola, S. Zhang, S. Pereira, I. Ferreira, E. Fortunato, and R. Martins, "Influence of the layer thickness and hydrogen dilution on electrical properties of large area amorphous silicon p-i-n solar cell," Solar Energy Mater. Solar Cells 87, 349-355 (2005).
[2] 黃冠禎,中山工商。太陽能的發展與應用(2008)
[3] 顧鴻濤，"太陽能電池元件導論" 台北，全威圖書有限公司（2008）
[4] Ruud E.I. Schropp, Miro Zeman, “Amorphous and microcrystalline silicon solar cells : modeling, materials, and device technology ”, Kluwer Academic Publishers, Boston, 1998.
[5] Peter Würfel，"Physics Of Solar Cells"，Willey-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA(2005)
[6] S. O. Kasap, Principles of Electronic Materials and Devices, McGraw-Hill, p81(2006)
[7] J. Poortmans and V. Arkhipov ”Thin Film Solar Cell” John Wiley & Sons, Ltd (2006)
[8] Arvind Shah, J. Meier, E. Vallat-Sauvain, C. Droz, U. Kroll, N. Wyrsch, J. Guillet, U. Graf” Microcrystalline silicon and ‘micromorph’ tandem solar cells” Thin Solid Films 403 –404 179–187(2002)
[9] C. C. Tsai, J. C. Knights, R. A. Lujan, et al., J. Non-cryst. Sol. 59 an 60, 731-734 (1983)
[10] A. Catalano, B.W. Faughnan, and A.R. Moore, Sol. Energy Mater. 13 65-73,(1986)
[11] K. Jiranapakul, K. Shirakawa, and J. Shirafuji, Jpn. J. Appl. Phys. 25(10) 1457-1464(1986)
[12] J. Kanicki, Amorphous and Microcrystalline Semiconductor Devices: Optoelectonic Devices, Artech House, (1991)
[13] T. Tiedje, T. D. Moustakas, and J.M. Cebulka, Phys. Rev. 23, 5634 (1981)
[14] T. D. Moustakas, D. Adler, ed., Proc. SPIE 407, 56-64.
[15] T. D. Moustakas, Vol. 21, part A, J. Pankove, ed. , Academic Press, New York, (1984)
[16] T. D. Moustakas and H. P. Maruska, Appl. Phys. Lett. 43(11), 1037-1039(1983)
[17] M. H. Brodsky, R. S. Title, K. Weiser and G. D. Petit, Phys. Rev B: Solid State, 1 2632(1970)
[18] K. Jiranapakul, K. Shirakawa, and J. Shirafuji, Jpn. J. Appl. Phys. 25(10), 1457-1464(1986)
[19] R. Martins, A. Macarico, I. Ferreira, R. Nunes, A. Bicho, and E. Fortunato“Investigation of the amorphous to microcrystalline phase transition of thinfilm silicon produced by PECVD”Thin Solid Films 317,144-148 (1998)
[20] Scott Deboer and Vikram Dalal“Preparation and properties of high quality crystalline silicon films grownby ECR plasma deposition”IEEE , pp. 1258-1261(1994)
[21] Scott J.DeBoer and Vikram L.Dalal“Low temperature epitaxial silicon film growth using high vacuumelecrton-cyclotron-resonance plasma deposition”Appl. Phys. Lett, Vol. 66, No. 19, pp. 2528-2530(1995)
[22] Sanghoon Bae and Stephen J.Fonash“Assessment of as-deposited microcrystalline silicon films on polymer substrates using electron cyclotron resonance-plasma enhanced chemical vapor deposition”J. Vac. Sci. Technol.A, Vol. 17, No. 4, pp. 1987-1990(1999)
[23] D. V. Tsu, B. S. Chao, S. R. Ovshinsky,S. Guha ,and J. Yang”Effect of hydrogen dilution on the structure of amorphous silicon alloys” Appl. Phys. Lett. 71, 10, (1997)
[24] O. Vetterl, R. Carius, L. Houben, C. Scholten, M. Luysberg, A. Lambertz, F. Finger and H. Wagner “Effects of structural properties of μc-Si:H absorber layers on solar cell performance” Mat. Res. Soc. Symp. Proc Vol.609(2000)
[25] 李正中，"薄膜光學與鍍膜技術，"台北，藝軒圖書出版社第五版(2006)。
[26] 邱俞翔,施佑杰,戴淵竣,包正綱” 以濺射共沉積法成長Cu2O：Al 之P 型透明導電膜研究(2006)
[27] 莊達人,”VLSI 製造技術”,高立圖量有限公司,台北,2001,四版
[28] 宋增滄,”以迴旋濺鍍法成長氮化鋁薄膜之機制探討”中原大學，碩士論文，民國92年
[29] 田民波，“薄膜技術與薄膜材料”五南圖書出版有限公司（2007）
[30] 國家實驗研究院，”真空技術與應用”儀器科技研究中心出版，民國97年
[31] D. A. Long, Raman Spectroscopy, New York : McGraw-Hill Int. Book Co.(1977)
[32] J. C. Wright, M. J. LaBuda, D. E. Thompson, R. Lascola, and M. W. Russell, Anal. Chem, 68 600A (1996)
[33] B. Chase, App. Spec. 48(7), 14A(1994)
[34] M.Pelletier and K. Davis, Amer. Lab.,34C (Feb. 1996).
[35] S. Veprek, F. A. Sarott, and Z. Iqbal, Phys. Rev. B 36, 3344 (1987)
[36] E. Bustarret, M. A. Hachicha, and M. Brunel, Appl. Phys. Lett. 52, 1675 (1988)
[37] 王宣文”以電漿表面預處理法在塑膠基板上製鍍抗反射膜” 中央大學，碩士論文，民國94年。
[38] 許樹恩、吳泰伯，"X 光繞射原理與材料結構分析，"民全書局(1993)
[39] 林麗娟，”X光繞射原理及其應用”工業材料86期
[40] F.W. Fified and D. Kealey, ”Principles and Practice of Analytical Chemistry,” 2nd Edition, International Textbook Co Ltd,1983.
[41] 蘇韋寧”以脈衝直流磁控濺鍍法製作含氫非晶矽薄膜於太陽電池之應用” 中央大學，碩士論文，民國96年。
[42] 盧弘捷，”有機無機複合式固態高分子電解質之製備”中央大學，碩士論文，民國91年。
[43] Brian C. Smith，”Fundamentals of Fourier Transform Infrared Spectroscopy” CRC Press, Boca Raton, London, New York, Washington, D.C.(1996)
[44] 翁瑞裕譯，”紅外線光譜分析法” 高立圖書有限公司，民國90年。
[45] C. J. Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, Oxford
University Press, New York ,1993.
[46] 陳錫釗，”二氧化鈦光學薄膜在熱回火過程的光學和機械特性之研究” 中央大學，博士論文，民國94年。
[47] Klug, H.P., and L. E. Alexander,” X-Ray diffraction procedure,(John Wiley & Sons, New York, 1974)
[48] 東南科技大學精密儀器實驗室，掃描式電子顯微鏡基本構造示意圖
[49] Zanzucchi, P. J., C. R. Wronski, and D.E. Carlson, “Optical and photoconductive properties of discharge-produced amorphous silicon”, J. Appl. Phys. 48 5227-5236(1977)
[50] J. Tauc, Amorphous and liquid Semiconductors, Plenum Press, New York(1974)
[51] M. Cardona, Phys. Stat. Sol. 186, 462(1983).
[52] M. Cardona, Phys. Stat. Sol. 118, 463(1983).
[53] A. A. Langford, M. L. Fleet, B. P. Nelson, W. A. Lanford, and N. Maley, Phys. Rev. B 45, 13367-13377(1992)
[54] G. Lucovsky, R. J. Nemanich, and J. C. Knight, Phys. Rev. B, 19, 2064 (1979)
[55] G. Lucovsky and W. B. Pollard, The Physics of Hydrogenated Amorphous Silicon, Part II, Topics in Applied Physics, 56, Springer, Berlin, 301(1984)
[56] Gyu-Hyun Lee, and Jong-Hwan Yoon,” Role of Hydrogen in the Grain Growth in Microcrystalline Silicon Films”, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 910 (2006)

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