平面显示器概论-建国科技大学.DOCVIP

電子迴旋共振化學氣相沉積法非晶矽薄膜太陽能電池 黃勝斌 江承翰 建國科技大學 電機工程系sbhwa@ctu.edu.tw 摘要 本文主要研究目的是以電子迴旋共振化學氣相沈積系統(ECR CVD)在氧化銦錫(ITO)玻璃基板上沉積非晶矽薄膜太陽能電池。使用各種不同參數沉積的非晶矽薄膜，經由分析其光電特性，再製成非晶矽薄膜太陽能電池。在14 %的矽烷濃度、基板温度250℃和微波功率為150 W時，本質層非晶矽薄膜的光學能隙約為1.86 eV，暗電阻ρd大於1010(Ω-cm)且光/暗電導率之比值大於104。以AM1.5標準光源太陽能效率測量p-i-n結構非晶矽薄膜太陽能電池，探討p層摻雜以及i層厚度對開路電壓(VOC)、短路電流(JSC)、填充係數(FF)以及能量轉換效率(η)之影響。實驗結果顯示，當p層以0.75 %的B2H6摻雜，i層厚度200nm時，可得p-i-n非晶矽薄膜太陽能電池的效率η=6.94 %、VOC=0.88 V、JSC=13.01 mA/cm2、FF(%)=60.05。 關鍵詞：非晶矽、薄膜太陽能電池、電子迴旋共振 Abstract The hydrogenated amorphous silicon(a-Si:H) thin film solar cells are prepared on ITO glass substrate by electron cyclotron resonance chemical vapor deposition (ECR CVD) system. The optoelectronic characteristics of a-Si:H deposited by different conditions were analyzed for a-Si:H thin film solar cell. Energy gap of the intrinsic a-Si:H layer deposited with SiH4 and H2 (the dilution rS=[SiH4/(SiH4+H2)]=14%) at substrate temperature T=250℃ and microwave power WM=150W is about 1.86eV, and the dark resistivity ρd≒1010(Ω-cm) and the photo/dark conductivity σPh/σD is greater than 104. The effects of dopant concentration of p-layer and thickness of i-layer on the a-Si:H solar cell open circuit voltage(VOC)、short-circuit current(JSC)、fill factor(FF) and energy conversion efficiency(η) have been investigated. The optimized a-Si:H thin film solar cell using rB=0.75% B2H6 doping p-layer with i-layer thickness D=200nm was found to have VOC=0.88V, JSC=13.01mA/cm2, FF(%)=60.05, and η=6.94 %. Keyword：a-Si:H, thin film solar cell, ECR CVD 、前言 矽太陽能電池主要可以分為單晶矽、多晶矽和非晶矽三大類。其中又以擁有簡單製程和低廉成本雙項特色的氫化非晶矽(a-Si:H)[1]薄膜太陽電池最具未來發展性。由於薄膜太陽電池可以使用在價格低廉的玻璃、塑膠、陶瓷、石墨金屬片等不同材料基板製造，形成可產生電壓的薄膜厚度僅需數μm，因此在同一受光面積之下可較矽晶圓太陽能電池大幅減少原料的用量，厚度可低於矽晶圓太陽能電池90%以上，目前非晶矽薄膜太陽電池轉換效率最高可以達13%[2]。薄膜電池太陽電池除了平面之外，也因為具有輕薄、低成本、可撓曲、多種外觀設計等優點，並可與建築物結合或是變成建築體的一部份，使其應用範圍大。在製造上，則可使用各式各樣的沉積技術，一層又一層地把p-型或n-型材料長上去，常見的薄膜太陽電池有非晶矽、銅銦硒(CIS)[3]、銅銦鎵硒(CIGS)[4]、和碲化鎘(CdTe)[5]等。非晶矽的優點在於對於可見光譜的吸光能力很強，而且利用電漿化學氣相沈積技術[6]，在玻璃、不銹鋼、陶瓷或塑膠等基板上成長厚度約一微米左右的非晶矽薄膜，即為薄膜太陽能電池，相較之下，其材料成本比結