矽晶太陽電池製作與特性分析

Silicon Solar Cell Fabrication and Characteristics Analysis

廖士霆(Shih-Ting Liao)

指導教授 ： 甘炯耀

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2009年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2009.00116

摘要

隨著非再生能源的大量開發消耗，再生能源發展速度也不斷的提升，其中以太陽電池最為顯著。專家預測在太陽電池產業中，矽晶太陽電池在未來20年之內仍為市場主流。本研究旨在開發一套有系統的分析流程方法，來解構矽晶太陽電池元件參數。
由於製作成本便宜結構簡單，本研究中採用網印太陽電池結構。實際元件參數可從製作及量測中獲得。為了減少影響效率的分析變因，先利用Mathematica作數值分析，將元件分成理想元件及三個寄生元件(series resistance、shunt resistance及parasitic diode)的等效電路，擬合量測所得的J-V曲線特性。萃取出理想元件參數後，將元件參數及實驗量測數據，藉由光伏元件模擬軟體PC1D擬合量測EQE數據，找出影響理想元件效率表現的三個主要因子(FSRV、BSRV及bulk lifetime)，與理想J-V曲線特性比對並確認參數。最終以合理參數預測理想元件效率表現。
元件效率表現VOC=0.612 V、JSC=36.93 mA/cm2、FF=75.12 %及η=17 %。分析結果可獲得影響元件效率表現的六大因子RS=1.04Ωcm2、RSH=709.2Ωcm2、Jo2=6x10-8 A/cm2、τB=112 μs、BSRV=200 cm/s及FSRV=4x105 cm/s。其中以Jo2對元件影響最大，若以有效的製程控制將上述非理想因子排除，在不額外增加製作成本的條件下，可預測理想化元件效率表現VOC=651 mV、JSC=38.37 mA/cm2、FF=83.4 %及η=20.83 %。
本研究最終開發出一套系統化分析流程，除了有效解構出太陽電池元件參數外，還提供元件製程改良的參考指標，這對矽晶太陽電池發展有相當重要的衝擊，若能有明確的發展方向將元件表現發揮到極致，在材料成本昂貴的情形下，不僅減少材料及研發成本，更能減少製作材料浪費減少對環境的衝擊。

關鍵字

矽晶太陽電池 ； 模擬

參考文獻

1 Global Renewable Energy AG,http://www.gre-gmbh.eu/en_solarenergie.php

2 RWE Energy AG,http://www.rwe.com/

3 M. A. Green, "Solar cells:operating principles, technology, and system application", Prentice-Hall, (1982).

4 M.A. Green, "Silicon solar cells:advanced principles & practice", Centre for Photovoltaic Devices,(1995)

5 M. A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa et al., "Solar Cell Efficiency Tables (Version 33)," Progress in Photovoltaics 17 (1), 85-94 (2009).