高效率晶矽太陽電池新穎表面結構之研究

Investigations on Novel Surface Structures for High Efficiency Crystalline Silicon Solar Cells

陳俊衡(Chun-Heng Chen)

指導教授 ： 黃惠良

國立清華大學/電機資訊學院/電子工程研究所/博士(2011年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2011.00694

摘要

本實驗主要著重於藉由新穎的表面結構設計，來提升矽晶太陽電池的轉換效率。包括製作蜂巢結構、漸變式欄柵結構、與微球體粗糙化太陽電池與其分析。在蜂巢結構的製作上，我們發展了直接燒熔與經由雷射圖案化光罩進行濕蝕刻等兩種雷射技術。我們發現轉換效率主要被雷射燒熔時產生的錯位缺陷所限制。藉由雷射預先圖案化的二氧化矽光罩進行濕蝕刻並使用銦錫氧化物作為抗反射層，提升了短波長響應與載子收集的效率，可將蜂巢結構太陽電池的效率提升至14.9 %。藉由電化學蝕刻技術，漸變式欄柵結構太陽電池的概念已被證明因為該結構具有較佳的光捕陷與極高的表面接面面積，因此可提升短路電流密度。不同的表面鈍化方式則被應用於減少在表面因複合造成的損失，並討論鈍化的機制。漸變式欄柵結構太陽電池的最高效率已可達17.5 %。另一方面，我們提出藉由聚合物多孔膜與可定位金屬協助化學蝕刻，來做為另一項製作漸變式欄柵結構的方法。利用超音波噴霧器提供的水珠作為模版，可確保大面積、具條理的聚合物多孔光罩。我們發現孔洞形貌能藉由改變氧化劑在蝕刻液中的濃度來控制。此外金屬協助化學蝕刻矽的本質異向性也可藉此被消除。製作出的漸變式欄柵結構在300-1000奈米的波段其反射率約只有5.1 % 或更低。最後，一種基於微球體與spin-on-glass薄膜，利用自下而上的方式形成無需蝕刻的表面粗糙技術，以用於取代傳統自上而下的表面粗糙法。因此，此種表面粗糙技術可適用於各種基板。此種太陽電池被證實具有全方位抗反射的功能。結果發現這種結構與一般金字塔結構的轉換效率差距，由零度角入射時的7.4 %提升至60度角入射時的13.5 %。

關鍵字

太陽能電池 ； 欄柵結構 ； 蜂巢結構 ； 微球體粗糙化 ； 表面鈍化 ； 金屬協助化學蝕刻

參考文獻

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