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Author: 倪偵傑
Chin-Chieh Ni
Thesis Title: 矽中空奈米柱陣列為基礎的核殼p-n接面太陽能電池
Arrayed Silicon Hollow Nanopillar-based Core-shell p-n Junction Solar Cell
Advisor: 胡淑芬
Hu, Shu-Fen
Degree: 碩士
Master
Department: 物理學系
Department of Physics
Thesis Publication Year: 2011
Academic Year: 99
Language: 中文
Number of pages: 96
Keywords (in Chinese): 太陽能電池 、矽中空奈米柱陣列 、核殼p-n接面
Keywords (in English): Solar Cell, Arrayed Silicon Hollow Nanopillar, Core-shell p-n Junction
Thesis Type: Academic thesis/ dissertation
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    • 近年來，奈米線(nanowire)與奈米柱(nanopillar)因為一維奈米線的長-徑比及超高表面積，相較於塊材式(bulk)或薄膜式(thin-film)元件有較高之光響應，使得此結構於光電元件上的應用已備受矚目，在未來，奈米太陽能元件有相當佳之發展潛力。
    本研究則藉由Lithography方法配合電子束直寫(Leica e-beam)曝光系統，定義空心柱寬度與週期，經由乾式蝕刻蝕刻奈米結構與低壓化學氣相沉積沉積i層與n層，成功製作矽中空奈米柱陣列為基礎的核殼p-n接面太陽能電池。此元件大幅度降低表面入射光之反射率，達到較佳之抗反射效果外，亦提升照光表面積與增加太陽能電池有效工作面積(即為p-n接面)，並且縮短載子傳輸路徑，防止載子再複合現象發生，提高利用價值。其中，藉由討論不同空心奈米柱寬度、高度與陣列週期之奈米結構，對元件光學反射率、光電轉換效率（Power Conversion Efficiency）與量子效應（External quantum efficiency, EQE）之影響，從中得知，當陣列矽空心奈米柱太陽能電池為空心奈米柱寬度700 nm高度1773 nm 排列週期2300 nm狀況下，有最佳之光電轉換效率11.71%，而於入射波長800 nm時有最佳外部量子效應88.32%。與本研究平面太陽能電池比較下，光電轉換效率更可提升約76%。

    總目錄...................................................Ⅰ 圖目錄...................................................Ⅴ 表目錄...................................................Ⅷ 第一章 緒論 .............................................. 1 1. 1 前言 ............................................... 1 1.2 矽奈米線簡介 ......................................... 4 1.3 矽奈米線太陽能電池發展 ................................ 5 1.4 研究動機 ............................................ 10 第二章 實驗原理........................................... 12 2.1太陽能電池原理 2.1 基礎原理 ............................................ 12 2.2 等效電路 ............................................ 16 2.3 開路電壓（Open-Circuit Voltage） .................... 17 2.4 短路電流（Short Circuit Current） ....................18 2.5 填充因子（Fill Factor, 簡稱FF） ..................... 20 2.6 光電轉換效率（Power Conversion Efficiency） ..........21 2.7 量子效率（Quantum Efficiency） ...................... 22 2.2抗反射層 ............................................ 24 2.2.1抗反射層基礎原理 ................................... 24 2.2.2 抗反射層技術 ....................................... 26 第三章 元件製作與儀器分析 ................................ 29 3.1.1 元件基板 (substrate) ............................. 30 2.1.2 成長氧化層 ........................................ 31 3.1.3 曝光定義圖型 ...................................... 34 2.1.4 蝕刻奈米柱 ........................................ 37 2.2.3 沉積薄膜 .......................................... 40 2.2.4 製作電極 .......................................... 44 3.2.1 N&K分析儀（N&K analyzer） ......................... 48 3.2.2 太陽能電池效率量測系統 ............................. 51 3.2.3分光轉換效率量測系統（IPCE） ........................ 56 第四章 結果與討論 ........................................ 58 4.1 陣列奈米柱週期之分析 ................................. 58 4.1.1 元件製作 .......................................... 59 4.1.2 數據分析 .......................................... 60 4.1.3 結果討論 .......................................... 77 4.2 陣列奈米柱寬度之分析 ................................. 82 4.2.1 數據分析 .......................................... 82 4.2.2 結果討論 .......................................... 86 4.3 陣列奈米柱蝕刻時間之分析 .............................. 86 4.3.1 數據分析 .......................................... 87 4.3.2 結果討論 .......................................... 90 第五章 結論 ............................................. 92 參考文獻 ................................................ 95

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