博碩士論文 973209003 詳細資訊




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:4 、訪客IP:3.231.228.109
姓名 謝志堅(Chih-chien Hsieh)  查詢紙本館藏   畢業系所 材料科學與工程研究所
論文名稱 研究奈晶矽與非晶矽之多層結構經熱退火處理後之性質及其在PIN太陽能電池吸收層中之應用
(Thermal Annealing Treatments on Nanocrystalline and Amorphous Silicon Multilayers and its Applications on the Absorber of PIN Solar Cells)
相關論文
★ 無鉛銲料錫銀銦與銅基板的界面反應★ 高度反射性銀/鑭雙層p型氮化鎵歐姆接觸之性質研究
★ 以電子迴旋共振化學氣相沉積氫化非晶矽薄膜之熱處理結晶化研究★ 利用陽極氧化鋁模板製備銀奈米結構陣列於玻璃基板
★ 利用電子迴旋共振化學氣相沉積法沉積氫化非晶矽薄膜探討其應力與結晶行為★ 高反射低電阻銀鑭合金P型氮化鎵歐姆接觸之研究
★ 陽極氧化鋁模板製備銀奈米粒子陣列及其表面增強拉曼散射效應之應用★ 製備磷摻雜奈米矽晶氧化矽薄膜及其於太陽能電池之應用
★ 陽極氧化鋁模板製備銀奈米粒子陣列及其光學性質★ 以電流控制方式快速製備孔洞間距400至500奈米之陽極氧化鋁模板
★ 利用濕式氧化法製備氧化矽薄膜應用於矽晶太陽能電池表面鈍化技術之研究★ 磷摻雜矽奈米晶粒嵌入於氮化矽基材之材料成長與特性分析
★ 利用電子迴旋共振化學氣相沉積法製備多層SiOxNy:H/SiCxNy:H抗反射薄膜及其於矽基太陽能電池之應用★ 利用新穎方法製作鋁背表面電場應用於結晶矽太陽能電池
★ 旋轉塗佈摻雜溶液之擴散製程探討及其應用 於製備太陽能電池★ 週期性銀奈米粒子陣列於折射率感測之應用
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]
  1. 本電子論文使用權限為同意立即開放。
  2. 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。
  3. 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) 由於氫化微晶矽薄膜(hydrogenated microcrystalline silicon, μc-Si:H)之沉積速率遠小於氫化非晶矽薄膜(hydrogenated amorphous silicon, a-Si:H),但氫化微晶矽薄膜在太陽能電池中又占有重要的角色。因此,研究以較快的製程獲得氫化微晶矽薄膜的方法,且所以如何讓薄膜具有適當的結晶率、氫含量、矽氫鍵結結構以及更大的吸收係數是此研究的主要方向。
本實驗使用玻璃與矽晶圓作為沉積矽薄膜之基板,調變以電漿增強型化學氣相沈積系統(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)沉積矽薄膜時之射頻(radio frequency, RF)功率(power),並以表面輪廓儀(profilometer)、場發射掃描式電子顯微鏡(field emission scanning electron microscopy, FESEM)、拉曼光譜(Raman Spectroscopy)、高解析X光繞射儀(high resolution X-ray diffraction, HRXRD)、紫外可見光光譜(UV-Vis Spectroscopy)、以及傅氏轉換紅外線光譜儀(fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)探討薄膜退火前後特性之變化。
研究結果顯示,薄膜退火前沉積之射頻功率在100 W以下時,其結晶率、晶粒尺寸會隨著功率上升而分別增加至70 %與15 nm;但沉積功率在125 W以上,其結晶率與晶粒尺寸則會隨之下降。退火後,其結晶率與晶粒尺寸會隨著沉積功率上升,分別從82 %與16 nm開始下降。能隙大小的變化也與結晶率相應,結晶率越高,其能隙大小就越小。由結晶率與能隙大小的結果顯示,在退火處理後,我們將能控制矽薄膜之能隙分布在更寬廣的範圍中。
最後,比較單層與雙層矽薄膜之吸收度的結果顯示,堆疊雙層或多層不同成長條件之非晶矽薄膜,後將其退火處理,能將原本較小的光吸收範圍延伸。未來如將其應用在薄膜太陽能電池之吸收層中,將能以更短的製程時間獲得更高效率之太陽能電池。
摘要(英) The deposition rate of μc-Si:H is smaller than a-Si:H, but μc-Si:H is an important material in solar cell. Therefore, how to obtain μc-Si:H faster and optimized the crystalline fraction, hydrogen content, Si-H bonding and absorption coefficient of the films should be investigated.
In this thesis, PECVD was used to deposit silicon thin film by different RF power on glass and n-type silicon wafer. And we will investigate the influence of furnace annealing on silicon thin film by profilometer, SEM, Raman spectroscopy, HRXRD, UV-Vis spectroscopy, and FTIR.
The results show that the crystalline fraction and grain size of the samples before annealing increased from 0 % and 0 nm to 70 % and 15 nm when the RF power applied between 20 W to 100 W. But the crystalline fraction and grain size of the samples decreased when the RF power applied between 125 W to 250 W. After annealing, the crystalline fraction and grain size of the samples decreased from 82 % and 16 nm to amorphous state. The bandgap of the samples changes with the crystalline fraction. The effects of crystalline fraction on the bandgap were investigated. The bandgap of the samples decreased when the crystalline fraction increased. The distribution of the bandgap after annealing is larger than which before annealing. Therefore, we can control larger region of the bandgap by annealing.
Finally, the absorbance of the bilayer film is higher than the monolayer film after annealing. The result shows that annealing the multilayer of the silicon thin film can expand the light absorption region.
By obtaining a graded bandgap absorber layer in one-step annealing process, which can make the process of high efficiency solar cells shorter and easier.
關鍵字(中) ★ 晶粒尺寸
★ 結晶率
★ 氫化微晶矽薄膜
★ 微結構比例
★ 氫含量
★ 氫化非晶矽薄膜
★ 電漿增強型化學氣相沈積系統
關鍵字(英) ★ microstructure fraction
★ hydrogen content
★ grain size
★ crystalline fraction
★ plasma-enhanced chemical vapor deposition
★ hydrogenated amorphous silicon
★ hydrogenated microcrystalline silicon
論文目次 中文摘要 I
Abstract III
致謝 V
目錄 VII
圖目錄 IX
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 4
第二章 文獻回顧 5
2.1 太陽能電池的發展 5
2.2 氫化非晶矽、多晶矽薄膜之簡介 8
2.2.1 氫化非晶矽薄膜 8
2.2.2 微晶矽薄膜 9
2.3 非晶、多晶矽薄膜形成技術 10
2.3.1 化學氣相沉積法 11
2.3.2 固相結晶法 11
2.4 各種矽基太陽能電池簡介 13
2.4.1 單晶矽太陽能電池 13
2.4.2 多晶矽太陽能電池 14
2.4.3 氫化非晶矽太陽能電池 14
2.4.4 堆疊結構之太陽能電池 14
2.5 電漿增強型化學氣相沉積 16
2.6 拉曼光譜量測之基本原理 20
2.7 高解析X光繞射儀之基本原理 23
2.8 Tauc plot之基本原理 24
2.9 傅氏轉換紅外線光譜儀之基本原理 25
第三章 實驗儀器和研究方法 29
3.1 成長氫化非晶矽薄膜流程 30
3.1.1 以電漿增強型化學氣相沉積沉積氫化非晶矽薄膜 30
3.1.2 氫化非晶矽薄膜的製程條件 33
3.2 高溫爐退火 33
3.3 薄膜特性量測 34
3.3.1 表面輪廓儀膜厚量測 34
3.3.2 場發射掃描式電子顯微鏡 35
3.3.3 拉曼光譜量測 36
3.3.4 高解析X光繞射儀 36
3.3.5 紫外可見光光譜儀 36
3.3.6 傅氏轉換紅外線光譜儀 37
第四章 實驗結果與討論 38
4.1 矽薄膜之沉積速率 38
4.2 矽薄膜退火前後結晶率之變化 39
4.3 矽薄膜退火前後晶粒尺寸之變化 49
4.4 矽薄膜退火前後光能隙之變化 51
4.5 雙層矽薄膜結構對光吸收度變化的影響 54
第五章 結論 57
參考文獻 59
參考文獻 [1] Adolf Goetzberger, Christopher Hebling, Hans-Werner Schock, Mater. Sci. Eng. R 40 (2003) 1-46
[2] 黃惠良,太陽電池, 五南圖書出版公司, 民國九十七年
[3] X. Liao, S. Sheng, F. Yun, Z. Ma, G. Kong, Y. Zhao, S. He, Z. Li, Sol. Energy Mater. Sol. C 49 (1997) 171
[4] H. Keppner, J. Meier, P. Torres, D. Fischer, A. Shah, Appl. Phys. A 69 (1999) 169
[5] B. Rech, J. Muller, T. Repmann, O. Kluth, T. Roschek, J. Hupkes, H. Stiebig, W. Appenzeller, Mater. Res. Soc. Sympos. Proc. 762 (2003) 285
[6] P. D. Veneri, L. V. Mercaldo, C. Privato, Renew. Energy 33 (2008) 42
[7] Ahalapitiya Hewage Jayatissa, Yoshinori Hatanaka, Yoichiro Nakanishi and Kenji Ishikawa, J. Phys. D: Appl. Phys. 29 (1996) 1636
[8] Purabi Gogoi, P. N. Dixit, Pratima Agarwal, Sol. Energy Mater. Sol. C 91 (2007) 1253
[9] H. Y. Peng, J. L. Wang, L. Wang, B. Zhou, J. Phys. Confer. Ser. 152 (2009) 1
[10] Martin A. Green, Prog. Photovolt: Res. Appl. 9 (2001) 123
[11] 楊昌中,能源領域中的奈米科技研究, 工業研究院 能源與環境研究所,民國九十四年
[12] National Renewable Energy Laboratory, NREL
[13] 陳建勳, 非晶矽繞射光學元件的製作與分析, 國立中央大學物理研究所碩士論文, 民國九十四年
[14] H. F. Sterling, R. C. G. Swann, Solid –State Electron. 8 (1965) 653
[15] 余合興,光電子學, 中央圖書出版社, 民國八十九年
[16] L. Houben, M. Luysberg, P. Hapke, R. Carius, F. Finger, H. Wagner, Philos. Mag. A 77 (1998) 1447
[17] Veprek S, Marecek V, Anna Selvan JA., Solid State Electron. 11 (1968) 683
[18] Meier J, Torres P, Platz R, Dubail S, Kroll U, Selvan JAA, Pellaton-Vaucher N, Hof C, Fischer D, Keppner H, Shah A, Ufert K-D, Giannoule`s P, Kohler J., Mater. Res. Soc. Sympos. Proc. 420 (1996) 3
[19] Kroll U, Meier J, Keppner H, Littlewood SD, Kelly IE, Giannoule`s P, Shah A., Mater. Res. Soc. Sympos. Proc. 377 (1995) 39–44
[20] K. Yamamoto, M. Yoshimi, Y. Tawada, Y. Okamoto, A. Nakajima, S. Igari, Appl. Phys. A 69 (1999) 179
[21] David L. Young, Paul Stradins, Yueqin Xu, Lynn Gedvilas, Bob Reedy, A. H. Mahan, Howard M. Branz, Qi Wang, and D. L. Williamson, Appl. Phys. Lett. 89 (2006) 161910
[22] Y. Wu, J. T. Stephen, D. X. Han, J. M. Rutland, R. S. Crandall, and A. H.Mahan, Phys. Rev. Lett. 77 (1996) 2049
[23] D. L. Staebler, C. R. Wronski, Appl. Phys. Lett. 31 (1997) 292
[24] Schuegraf, Klaus K., Thin Film Deposition Process and Techniques, Noyes Publications, 1988
[25] Debajyoti Das, Koyel Bhattacharya, Jpn. J. Appl. Phys. 46 (2007) L1006
[26] Jeong No Lee, Bum Joo Lee, Dae Gyu Moon, Byung Tae Ahn, Jpn. J. Appl. Phys. 36 (1997) 6862
[27] Q. Cheng, S. Xu, K.K. Ostrikov, Nanotech. 20 (2009) 1
[28] T. Kaneko, K. Onisawa, M. Wakagi, Y. Kita, T. Minemura, Jpn. J. Appl. Phys. 32 (1993) 4907
[29] R.C. Teixeira, I. Doi, M.B.P. Zakia, J.A. Diniz, J.W. Swart, Mater. Sci. Eng. B 112 (2004) 160
[30] B.D. Cullity and S.R. Stock, Elements of x-ray diffraction , Prentice Hall, New Jersey, 2001
[31] J.Tauc, R. Grigorvici, A. Vancu, Phys. Stat. Sol. 15 (1966) 627
[32] Nishimoto Tomonori, Takai Madoka, Miyahara Hiroomi, Kondo Michio, Matsuda Akihisa, J. Non-Cryst. Solids 299 (2002) 1116
[33] Nishimoto T., Takai M., Kondo M., Matsuda A., Photovoltaic Specialists Conference, 2000. Conference Record of the Twenty-Eighth IEEE (2000)
[34] S. Guha, J. Yang, Scott J. Jones, Y. Chan and D. L. Williamson, Appl. Phys. Lett. 61 (1992) 1444
[35] 施智仁, 脈衝調變 RF 電漿對氫化非晶矽太陽能電池本質層薄膜的價態與穩定性之影響, 大同大學材料工程研究所碩士論文, 民國九十六年
[36] Robin Walsh, Acc. Chem. Res. 14 (1981) 246
[37] A. Harv Mahan, Tining Su, Don L. Williamson, Lynn M. Gedvilas, S. Phil Ahrenkiel, Phillip A. Parilla, Yueqin Xu, and David A. Ginley, Adv. Funct. Mater. 19 (2009) 2338
[38] M. H. Brodsky, Manuel Cardona, J. J. Cuomo, Phys. Rev. B 16 (1977) 3556
[39] Toshihide Takagahara, Kyozaburo Takeda, Phys. Rev. B 46 (1992) 15578
指導教授 陳一塵(I-chen Chen) 審核日期 2010-8-19
推文 facebook   plurk   twitter   funp   google   live   udn   HD   myshare   reddit   netvibes   friend   youpush   delicious   baidu   
網路書籤 Google bookmarks   del.icio.us   hemidemi   myshare   

若有論文相關問題,請聯絡國立中央大學圖書館推廣服務組 TEL:(03)422-7151轉57407,或E-mail聯絡  - 隱私權政策聲明