第四章非晶矽太阳能电池.ppt

1、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,第四章非晶矽太陽能電池P,2,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,第四章非晶矽太陽能電池P,3,4-2-1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,第四章非晶矽太陽能電池P,4,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 (Pho

2、tonic 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,第四章非晶矽太陽能電池P,5,91,圖4-2史坦伯 - 勞斯基效應以及懸吊鍵的示意圖,4-2-1非晶矽太陽能電池基本結構,第四章非晶矽太陽能電池P,6,93,4-2-2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,第四章非晶矽太陽能電池P,7,94,4-2-2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

3、圖,第四章非晶矽太陽能電池P,8,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,第四章非晶矽太陽能電池P,9,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,第四章非晶矽太陽能電池P,10,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

4、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,第四章非晶矽太陽能電池P,11,97,4-2-3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,第四章非晶矽太陽能電池P,12,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 (Elect

5、ron 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,第四章非晶矽太陽能電池P,13,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 Enhan

6、ced 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,第四章非晶矽太陽能電池P,14,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 (D

7、issociative 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,第四章非晶矽太陽能電池P,15,103,4-3-1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,第四章非晶矽太陽能電池P,16,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

8、 (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,第四章非晶矽太陽能電池P,17,105,4-3-1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,第四章非晶矽太陽能電池P,18,105,4-3-1非晶矽太陽能電池的薄膜製作技術,圖4-9化學氣相沉

9、積技術 (Chemical Vapor Deposition, CVD) 的種類以及氣壓大小的區分示意圖,第四章非晶矽太陽能電池P,19,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,第四章非晶矽太陽能電池P,20,107,4-3-2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,第四章非晶矽太陽能電池P,21,108,4-3-2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,第四章非晶矽太陽能電池P,22,108,4-3-2矽晶太陽能電池的製程技術,圖4-1

10、0矽晶圓片型太陽能電池的製程,第四章非晶矽太陽能電池P,23,109,4-3-2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,第四章非晶矽太陽能電池P,24,111,4-3-3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,第四章非晶矽太陽能電池P,25,111,4-3-3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,第四章非晶矽太陽能電池P,26,111,4-3-3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,第四章非晶矽太陽能電池P,27,113,4-3-3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,第四章非晶矽太陽能電池P,28,114,4-3-4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,第四章非晶矽太陽能電池P,29,114,4-3-4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,第四章非晶矽太陽能電池P,30,117,4-3-5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,第四章非晶矽太陽能電池P,31,118,4-3-5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,