非晶矽薄膜太陽能電池之氰化影響

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胡鈺豪(Yu-hao Hu) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

非晶矽薄膜太陽能電池之氰化影響
(Research of amorphous thin film solar cell in cyanide treatment)

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摘要(中)

非晶矽薄膜太陽能電池的阻礙主要是因為光照衰退( light-soaking)的現象，造成非晶矽薄膜太陽能電池的效率衰減高達 25 % ~ 30 %。傳統上為減輕非晶矽薄膜光衰退現象，常在高溫的環境下通入氫氣以減少非晶矽薄膜內懸浮鍵的數目。而本論文中主要使用室溫下簡單化學浸泡方法減輕在玻璃基板上非晶矽薄膜的光照衰退現象，此方法又稱為氰化處理。
在此用氰化鉀水溶液作為氫化處理的主要溶液，藉著改變濃度與浸泡時間，去找出改善非晶矽薄膜的最佳條件。非晶矽薄膜在經過氰化處理後，由 X-ray光電子能譜( XPS )的 395 eV ~ 406 eV 觀察到 N 1s 的束縛能訊號，證實矽原子有與氰離子形成鍵結 ( Si-CN )。其次使用低溫陰極螢光系統量測非晶矽薄膜的螢光強度，發現隨著濃度提升所量測到的螢光強度越強;螢光強度增加原自於非晶矽薄膜內缺陷減少使得輻射復合數目增加，偵測器接受到的螢光訊號就更強。然後藉由量測光電流與暗電流的比值找到最佳的條件，此條件為非晶矽薄膜在0.4 M 氰化鉀水溶液中浸泡兩分鐘。為了確定氰化處理最佳條件的作用深度，使用XPS量測縱深分佈，在離表面約 15 nm 的位置可以偵測到 N 1s 的訊號。最後，我們將最佳條件應用在非晶矽薄膜太陽能電池上。

摘要(英)

The most serious obstacle of hydrogenated amorphous silicon ( a-Si:H ) thin film solar cells is the light-induced degradation; a-Si:H thin film solar cell efficiency will decrease about 25% ~ 30 % during stabilizing. Traditionally, high temperature hydrogen annealing is applied to reduce dangling bonds in the a-Si:H thin films, reducing the light-induced degradation. In this thesis, we want to reduce the light-induced degradation of a-Si:H thin films on glass through a simple room-temperature chemical method, called cyanide treatment.
Here the potassium cyanide ( KCN ) aqueous solution is used as the cyanide treatment. We change the concentration of the KCN aqueous solution and immerse time, to find the optimum condition to improve a-Si:H thin film. After cyanide treatment, the combination between silicon atoms and cyanide ion is confirmed by observing the binding energy of N 1s in 395 eV ~ 406 eV through x-ray photoelectron spectroscopy ( XPS ) measurement. Higher radiate recombination with high concentration KCN aqueous solution indicates the reduction of defects in a-Si:H thin films, measured by low temperature cathodoluminescence ( CL ). We found the optimum condition for photocurrent and darkcurrent ratio, when a-Si:H thin film was immersed in 0.4 M KCN aqueous solution in two minutes. In order to determine the penetrating depth of cyanide ion into a-Si:H thin film, the XPS measurement is used to detect the binding energy of N 1s; the signal extends from surface to the depth of 15nm. Finally, we applied the optimum condition for a-Si:H thin film solar cell.

關鍵字(中)

★ 非晶矽薄膜
★ 氰化處理
★ 氰化鉀

關鍵字(英)

★ cyanide treatment
★ potassium cyanide
★ amorphous silicon thin film

論文目次

摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 X
第一章序論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻探討與動機 1
1.3 研究目的 4
第二章理論背景 5
2.1 太陽能電池原理 5
2.1.1 太陽能電池的運作 5
2.1.2 太陽能基本特性 6
2.1.3 太陽能電池測試標準條件 8
2.2 儀器原理 12
2.2.1 激發螢光光譜 12
2.2.2 光激發螢光(PL)原理 13
2.2.3 陰極激發光譜(CL)儀原理 13
2.2.2 傅立葉轉換紅外線光譜儀 ( FTIR ) 16
2.2.3 X-ray 光電子能譜 (XPS) 17
第三章研究方法 20
3.1 實驗樣品準備 20
3.2 實驗流程圖 22
3.2.1 非晶矽薄膜實驗流程 22
3.3 實驗參數設計 23
3.4 薄膜之量測 25
3.4.1 成分分析 25
3.4.2 電性分析 26
3.4.3 螢光分析 27
第四章結果與討論 29
4.1 浸泡實驗後樣品觀察 29
4.2 樣品成分分析 32
4.2.1 XPS 量測結果 32
4.2.2 FTIR 量測結果 38
4.3 低溫 CL 螢光分析結果 40
4.4 樣品電性分析 42
4.4.1 改變氰化鉀水溶液濃度 44
4.4.2 改變浸泡氰化鉀水溶液時間 47
4.5 氰化處理應用在 solar cell 上的效率量測 50
第五章結論 52
參考文獻 54

參考文獻

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[19] 資料取自 http://www.ch.ntu.edu.tw/~rsliu/solidchem/Report/Chapter5_report.pdf
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指導教授

張正陽(Jenq -Yang Chang)

審核日期

2010-7-15

推文