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第四章非晶矽太陽能電池,4-1非晶矽太陽能電池的發展及其演進 4-2非晶矽太陽能電池的基本結構及其特性 4-3非晶矽太陽能電池的製程技術,內容大綱,本章節將討論以及探討的內容,主要有三大部分: 非晶矽太陽能電池的發展及其演進 非晶矽太陽能電池的基本結構及其特性 非晶矽太陽能電池的製程技術,88,4-2-1非晶矽太陽能電池基本結構,90,圖4-1兩層式或三層式非晶矽太陽能電池元件的基本結構示意圖,史坦伯 - 勞斯基效應 (Staebler-Wronski Effect, SWE),又稱之為光輻射性能衰退效應 (Photonic Radiation Degradation): 太陽光照射之後的短時間之內,其光電轉換的性能將會大幅地衰退,而其衰退的程度約為10.0%30.0%,如圖4-2所示,91,4-2-1非晶矽太陽能電池基本結構,93,4-2-2非晶矽太陽能電池特性,圖4-3 在p-n接面型以及p-i-n接面型元件中光電流產生的機制示意圖,94,4-2-2非晶矽太陽能電池特性,圖4-4單晶矽的、非晶矽的、以及多晶矽的結晶結構示意圖,通常,適用於太陽能電池之透明導電薄膜電極的特性要求有: 1.高的光透過率 2.低的表面電阻值 3.好的歐姆接觸電極 4.組織化表面結構 5.安定的化學特性,96,4-2-3透明導電薄膜材料及其特性,透明導電薄膜成形的材料,有摻雜3.010.0 wt% 氧化錫的氧化銦 (In2O3),以及銦錫合金等兩種。 銦錫氧化物 (Indium Tin Oxide,In2O3-SnO2, ITO) 是一種n型的半導體材料。,96,4-2-3透明導電薄膜材料及其特性,透明導電氧化物具有高的透明性以及高的導電性,其主要的物理機制將分述如下,其基本機制的示意圖,如圖4-5(a) 以及4-5(b) 所示 在高的導電性方面,其基本的機制是氧空孔缺陷 (Oxygen Vacancy Defect) 以及置入型原子缺陷 (Interstitial Defect) 等所導致的;如圖4-5(b) 所示,97,4-2-3透明導電薄膜材料及其特性,97,4-2-3透明導電薄膜材料及其特性,圖4-5高的透明性 (a) 以及高的導電性 (b) 透明導電氧化物的基本物理機制示意圖,就銦錫氧化物而言,透明導電薄膜成形的方法: 濺鍍法 (Sputtering) 電子束蒸鍍法 (Electron Beam Evaporation) 熱蒸鍍法 (Thermal Evaporation Deposition) 化學氣相鍍膜法 (Chemical Vapor Deposition) 噴霧熱裂解法 (Spray Pyrolysis),100,4-2-3透明導電薄膜材料及其特性,薄膜型矽太陽能電池元件的製作方法: 液相磊晶 (Liquid Phase Epitaxy, LPE) 低壓化學蒸鍍 (Low Pressure CVD, LP-CVD) 常壓化學蒸鍍 (Atmosphere Pressure CVD, AP-CVD) 電漿強化化學蒸鍍 (Plasma Enhanced CVD, PE-CVD) 離子輔助化學蒸鍍 (Ion Assisted CVD, IA-CVD) 熱線化學蒸鍍 (Hot Wire CVD, HW-CVD),101,4-3-1非晶矽太陽能電池的薄膜製作技術,就電漿技術的應用而言: 物理式沉積技術 (Physical Vapor Deposition, PVD) 化學式沉積技術 (Chemical Vapor Deposition, CVD) 乾式蝕刻技術 (Dry Etching) 就電漿狀態而言,氣體分子或粒子的碰撞機制方式: 有游離化 (Ionization) 分解化 (Dissociation) 分解游離化 (Dissociative Ionization) 激發鬆弛化 (Excitation & Relaxation),103,4-3-1非晶矽太陽能電池的薄膜製作技術,103,4-3-1非晶矽太陽能電池的薄膜製作技術,圖4-7電漿技術的應用分類示意圖,利用電漿沉積技術來進行原子薄膜層的沉積以及形成,一般原子薄膜層沉積技術 (Atomic Layer Deposition, ALD),可以分為四大反應步驟: 1.反應性前驅體分子 (Precursor Molecules) 沉積於基板表面而呈飽和狀態,並進行表面吸附化學反應。 2.將惰性載體氣體 (Inert Carrier Gas) 注入,而將過剩的或未反應的反應性前驅體分子帶出反應腔 (Reaction Chamber)。 3.在基板表面進行自我限制性化學反應,並將原子一層一層地堆積或階梯覆蓋 (Step Coverage),以形成薄膜層。 4.將惰性載體氣體注入,而將副反應的以及過剩的反應性前驅體分子帶出反應腔,104,4-3-1非晶矽太陽能電池的薄膜製作技術,105,4-3-1非晶矽太陽能電池的薄膜製作技術,圖4-8原子薄膜層沉積技術種類以及其分類,105,4-3-1非晶矽太陽能電池的薄膜製作技術,圖4-9化學氣相沉積技術 (Chemical Vapor Deposition, CVD) 的種類以及氣壓大小的區分示意圖,在矽晶圓片型太陽能電池的製程之中,主要的薄膜層形成: 表面組織結構 接面結構 抗反射薄膜層 保護薄膜層 電極薄膜層,106,4-3-2矽晶太陽能電池的製程技術,107,4-3-2矽晶太陽能電池的製程技術,圖4-10矽晶圓片型太陽能電池的製程,108,4-3-2矽晶太陽能電池的製程技術,圖4-10矽晶圓片型太陽能電池的製程,108,4-3-2矽晶太陽能電池的製程技術,圖4-10矽晶圓片型太陽能電池的製程,109,4-3-2矽晶太陽能電池的製程技術,圖4-10矽晶圓片型太陽能電池的製程,111,4-3-3矽晶薄膜型的太陽能電池的製程技術,圖4-11矽晶薄膜型太陽能電池的製程,111,4-3-3矽晶薄膜型的太陽能電池的製程技術,圖4-11矽晶薄膜型太陽能電池的製程,111,4-3-3矽晶薄膜型的太陽能電池的製程技術,圖4-11矽晶薄膜型太陽能電池的製程,113,4-3-3矽晶薄膜型的太陽能電池的製程技術,圖4-12矽晶薄膜太陽能電池製程設備的種類示意圖,114,4-3-4高密度電漿化學氣相沉積製程技術,圖4-13電漿化學氣相沉積製程技術分類示意圖,114,4-3-4高密度電漿化學氣相沉積製程技術,圖4-14高密度電漿化學氣相沉積製程技術種類示意圖,117,4-3-5非晶矽太陽能電池的模組製程技術,圖4-15一般太陽能電池模組的製作流程示意圖,118,4-3-5非晶矽太陽能電池的模組製程技術,圖4-16太陽能電池及其模組,連接一個防逆二極體元件的等效電路示意圖,
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