單晶矽深蝕刻孔洞太陽能電池之研究｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	邱銘暉 Chiu, Ming-Hui
論文名稱：	單晶矽深蝕刻孔洞太陽能電池之研究 Deeply Etched Single Crystalline Silicon Solar Cells
指導教授：	王立康 Wang, Li-Karn
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電機資訊學院 - 光電工程研究所 Institute of Photonics Technologies
論文出版年：	2009
畢業學年度：	97
語文別：	中文
論文頁數：	58
中文關鍵詞：	太陽能電池、深蝕刻、單晶矽
外文關鍵詞：	Solar Cells, deeply etched, single crystalline
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本研究著重在如何提升更高光電流的太陽能電池，因此在這裡提出了一個新結構-深蝕孔洞太陽能電池。此結構有別於一般孔洞太陽能電池，我們做出深度極深的孔洞太陽能電池。先在(100)的矽晶圓上先蓋上Si3N4當hard mask，再用黃光微影技術曝出所設計的圖樣，即可用KOH非等向性蝕刻特性，在矽晶圓上蝕刻出錐狀孔洞，深度為80μm、130μm、280μm和330μm。此深蝕孔洞可使入射光不易反射出來，並且空閥區有效面積增加。此外，元件的有效厚度比400μm更薄，由於深蝕孔洞結構使電子在p-type區域需要移動的長度遠小於電子的擴散長度，因而可以很快的到達空乏區而不會與電洞復合。此一研究中，我們發現當孔洞深度為280μm時，有最佳的短路電流密度，比起平面的太陽能電池參考片(27.4mA)增加15%，達到31.45mA/cm2，因此深蝕孔洞結構是能夠提升整體效率的。
但是效率不高的原因，經由SEM/DES發現在泡KOH期間，鉀離子會進入晶片內約5μm的深度，以致於RCA clean無法去除。此金屬污染會使並聯電阻下降，FF值不高，因而效果不彰。所以提出用HF/HNO3等向性蝕刻的混酸去除表面的金屬缺陷層。由Lifetime可以看出去除前後數值由5μs上升至10μs，明顯消除許多的缺陷。因此，若是能成功消除鉀離子污染，相信效率能夠再提升。

第一章  序論 ………………………………………………………… 1
  1-1 研究動機 ……………………………………………………… 1
  1-2 研究目的 ……………………………………………………… 1
  1-3 文獻回顧 ……………………………………………………… 3
  1-4 論文架構 ……………………………………………………… 5
第二章  基本理論 …………………………………………………… 6
  2-1 太陽能電池（Solar Cells ……………………………………6
      2-1-1 太陽光譜 ……………………………………………… 6
      2-1-2 太陽能電池原理 ……………………………………… 8
      2-1-3 太陽能電池基本參數 ………………………………… 10
  2-1-4 太陽能電池的效率轉換 …………………………………… 11
  2-2 影響效率的因素 ……………………………………………… 14
  2-3 單晶矽的蝕刻 ………………………………………………… 15
      2-3-1 單晶矽的晶體結構 …………………………………… 15
      2-3-2 等向性蝕刻原理 ……………………………………… 16
      2-3-3 非等向性蝕刻原理 …………………………………… 17
第三章   實驗方法與流程 ………………………………………… 21
  3-1 Tracepro光學模擬 …………………………………………… 21
  3-2 實驗方法 ……………………………………………………… 21
  3-3 元件結構與製程 ……………………………………………… 22
第四章   結果與討論 ……………………………………………… 24
  4-1 Tracepro光學模擬結果 ……………………………………… 24
      4-1-1 結構設計 ……………………………………………… 24
      4-1-2 模擬結果比較 ………………………………………… 27
  4-2 不同深度之結構比較(SEM圖) ……………………………… 28
  4-3 製程參數調整 ………………………………………………… 35
  4-4 I-V曲線比較 ………………………………………………… 39
      4-4-1 Before forming gas ………………………………… 39
      4-4-2 After forming gas ………………………………… 42
  4-5失效分析 ……………………………………………………… 44
      4-5-1 鉀元素污染測定 ……………………………………… 44
      4-5-2 Life-time測定 ……………………………………… 52
      4-5-3 等向性蝕刻後的SEM圖 ……………………………… 54
第五章  結論 ………………………………………………………… 56
參考文獻 ……………………………………………………………… 57

                                

[1] D. M. Chapin, C. S. Fuller, and G.L. Pearson, “A New Silicon p-n Junction Photocell for Converting Solar Radiation into Electrical Power,” J. Appl. Phys., vol. 25, pp. 676-677, 1954.
[2] William Shockley, and Hans J. Queisser, “Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells,” J. Appl. Phys., vol. 32, no. 3, pp. 510-519, 1961.
[3] Stuart Wenham, “Buried-Contact Silicon Solar Cells,” Prog. Photovolt. Res. Appl., vol. 1, pp. 3-10, 1993.
[4] T. Juvonen, J. Härkönen, and P. Kuivalainen, “High Efficiency Single Crystalline Silicon Solar Cells,” Physica Scripta, T101, pp. 96-98, 2002.
[5] U. Gangopadhyay, K. Kim, S. K. Dhungel, P. K. Basu, and J. Yi, “Low-Cost Texturization of Large-Area Crystalline Silicon Solar Cellsusing Hydrazine Mono-Hydrate for Industrial Use,” Renewable Energy, vol. 31, pp. 1906-1915, 2006.
[6] A. Parretta, A. Sarno, P. Tortora, H. Yakubu, P. Maddalena, J. Zhao, and A Wang, “Angle-Dependent Reflectance Measurements on Photovoltaic materials and Solar Cells,” Optics Communications, vol. 172, pp.139-151, 1999.
[7] J. Zhao, A. Wang, P. Altermatt, and M. A. Green, “24% Efficient Silicon Solar Cells with Double Layer Antireflection Coatings and Reduced Resistance Loss,” Appl. Phys. Lett., vol 66, pp. 3636-3638, 1995.
[8] S. M. Sze, and Kwok K. NG, “Physics of Semiconductor Devices,” 3rd Edition, John Wiley & Sons, 2007.
[9] 莊嘉琛；「太陽能工程－太陽電池篇」, 2nd Edition, 全華科技圖書股份有限公司, 2000.
[10] Seidel, H., L. Csepregi, A. Heuberger, and H. Baumgartel, “Anisotropic Etching of Crystalline Silicon in Alkaline Solutions-Part II. Influence of Doyants,” J. Electrochem. Soc., vol. 137, pp. 3626-3632, 1990.
[11] Seidel, H., L. Csepregi, A. Heuberger, and H. Baumgartel, “Anisotropic Etching of Crystalline Silicon in Alkaline Solutions-Part I. Orientation Deyendence and Behavior of Passivation Layers,” Electrochem. Soc., vol. 137, pp. 3612-3626, 1990.
[12] D. A. Neamen, “Semiconductor Physics & Devices,” 2nd editon, McGraw-Hill.
[13] I. Martin, M. Vetter, A. Orpella, J. Puigdollers, A. Cuevas, R. Alcubilla, “Surface Passivation of P-type Crystalline Si by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposited Amorphous SiCx:H films,” Appl. Phys. Lett., vol. 79, no. 14, pp. 2199-2201, 2001.
[14] Thomas Lauinger, Jan Schmidt, Armin G. Aberle, and Rudolf Hezel, “Record Low Surface Recombination Velocities on 1Ωcm P-Silicon Using Remote Plasma Silicon Nitride Passivation,” Appl. Phys. Lett., vol. 68, pp. 1232-1234, 1995.
[15] Zhizhang Chen, Peyman Sana, Jalal Salami, and Ajeet Rohatgi, “A Novel and Effective PECVD SiO2/SiN Antireflection Coating for Si Solar Cells,” Transactions on Electron Devices, vol. 40, no. 6, pp. 1161-1165, 1993.
[16] Binsu J. Kailath, Amitava DasGupta, and Nandita DasGupta, “Electrical and Reliability Characteristics of MOS Devices With Ultrathin SiO2 Grown in Nitric Acid Solutions,” IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, vol. 7, no. 4, pp. 602-610, 2007.
[17] Valentin D. Mihailetchi, Yuji Komatsu, and L. J. Geerligs, “Nitric acid pretreatment for the passivation of boron emitters for n-type base silicon solar cells,” Appl. Phys. Lett., vol. 92, p. 063510, 2008.
[18] I. G. Romijn, W. J. Soppe, H. C. Rieffe, W. C. Sinke, and A. W. Weeber, “Passivating Milti Cristalline Si Solar Cells Using SiNx:H,” 15th Workshop on Crystalline Silicon Solar Cells & Modules:Materials and Processes, USA, pp. 7-10, 2005.
[19] Dieter K. Schroder, and Daniel L. Meier, “Solar Cell Contact Resistance-A Review,”Transaction on Electron Devices, vol. ED-31, no. 5, pp. 637-647, 1984.

全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

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