單晶矽深蝕刻孔洞太陽能電池之研究

Deeply Etched Single Crystalline Silicon Solar Cells

邱銘暉(Ming-Hui Chiu)

指導教授 ： 王立康

國立清華大學/電機資訊學院/光電工程研究所/碩士(2009年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2009.00377

摘要

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。

關鍵字

太陽能電池 ； 深蝕刻 ； 單晶矽

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Solar Cells ； deeply etched ； single crystalline

參考文獻

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