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研究生: 陳緯諺
Chen Wei-Yen
論文名稱: 矽奈米柱陣列太陽能電池
Silicon nanorod array solar cell
指導教授: 胡淑芬
Hu, Shu-Fen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 102
中文關鍵詞: 太陽能電池奈米柱
英文關鍵詞: solar cell, nanorod
論文種類: 學術論文
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  • 本研究乃著重於研發p-i-n矽奈米柱陣列結構太陽能電池,其具高光電轉換效率與抗反射之優勢。研究內容為利用半導體製程技術,製作多種型式奈米柱排列結構,利用手指狀電極與背電極方式將載子收集,並進行元件光電轉換效率與外部量子效應探討,其後更使用蒸鍍技術沉積透明導電層(ITO)於正面,目的為減少載子傳輸路徑提升收集率。
      本研究p-i-n結構矽奈米柱採用矩陣或錯位排列方式,皆可得到光電轉換效率10%以上之成果,其反射率遠低於平面結構之太陽能電池,具極佳抗反射特性,且沉積ITO薄膜後,最高可提升18.24%之光電流值。

    In this study, solar cells consisting of ordered p-i-n junction silicon nanorod matrix array with different lengths, diameters and period were fabricated. The advantages of p-i-n nanorod structures were low reflection and high surface to volume ratio compared to planar silicon thin films. Moreover, we designed hexagonal arrays to get sufficiently dense array to gain more number of p-i-n junction. The direct electrical pathways provided by the nanorod ensure the rapid collection of carriers generated throughout the device limited primarily by the surface area of the nanrods array. And devices deposit the ITO film would supply a shorter carrier diffusion length to enhance the photocurrent.
    Finally, we present that the p-i-n nanorod of matrix and hexagonal array structure solar cell actually improve the power conversion efficiency up to 10%, and had an excellent antireflection performance of optical. After depositing the ITO film, it enhances the nanorod devices photocurrent value 18.24% (the highest).

    總目錄 I 圖目錄 V 表目錄 VIII 第一章 緒論 1 1.1太陽能電池介紹 3 1.1.1 基礎原理 3 1.1.2 等效電路 4 1.1.3 開路電壓 5 1.1.4 短路電流 6 1.1.5 填充因子 7 1.1.6光電轉換效率 8 1.1.7 量子效率 9 1.2 太陽能電池發展簡介 11 1.2.1 第一代太陽能電池 12 1.2.2 第二代太陽能電池 13 1.2.3 第三代太陽能電池 13 1.2.3.1 異質接面結構太陽能電池 14 1.2.3.2 多能隙結構太陽能電池 15 1.2.3.3 奈米結構太陽能電池 16 1.3 研究動機與目的 17 1.3.1 文獻回顧 17 1.3.2 本研究特色 19 第二章 元件製作與儀器分析 21 2.1 元件基板 21 2.2 元件製作 21 2.2.1 成長氧化層 22 2.2.2 形成奈米柱陣列 24 2.2.3 沉積薄膜 29 2.2.4 製作電極 32 2.3 元件特性量測儀器 36 2.3.1 N&K分析儀 36 2.3.1.1機台規格 36 2.3.1.2相關原理 37 2.3.2 太陽能電池效率量測系統 38 2.3.2.1 機台規格 39 2.3.2.2 相關原理 39 2.3.3分光轉換效率量測系統 40 2.3.3.1 機台規格 41 2.3.3.2 相關原理 42 第三章 結果與討論 43 3.1 奈米柱長度之分析 43 3.1.1 元件製作 43 3.1.2 數據分析 44 3.1.3 結果討論 45 3.2 基板與薄膜沉積厚度之分析 51 3.2.1 元件製作 51 3.2.2 數據分析 52 3.2.3 結果討論 53 3.3 奈米柱矩陣排列方式之分析 62 3.3.1 元件製作 62 3.3.2 數據分析 63 3.3.3 結果討論 65 3.4 奈米柱錯位排列方式之分析 76 3.4.1 元件製作 76 3.4.2 數據分析 77 3.4.3 結果討論 79 3.5 透明導電層之分析 90 3.5.1 元件製作 90 3.5.2 數據分析 90 3.5.3 結果討論 91 第四章 結論 96 參考文獻 99

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