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

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第四章　非晶矽太陽能電池　P 88

4-2-1非晶矽太陽能電池基本結構 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 90

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 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 91

4-2-1非晶矽太陽能電池基本結構 圖4-2 史坦伯 - 勞斯基效應以及懸吊鍵的示意圖第四章　非晶矽太陽能電池　P 91

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 93

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第四章　非晶矽太陽能電池　P 94

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：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 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 96

透明導電薄膜成形的材料，有摻雜3.0~10.0 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。 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 96

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 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 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 97

就銦錫氧化物而言，透明導電薄膜成形的方法：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) 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 100

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) 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 101

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) 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 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 103

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 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 104

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 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第四章　非晶矽太陽能電池　P 105

在矽晶圓片型太陽能電池的製程之中，主要的薄膜層形成：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 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 106

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 107

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 111

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 113

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 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 114

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 117

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第四章　非晶矽太陽能電池　P 118

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