可控溫烤箱oven.ppt

矽薄膜太陽電池工作原理與製程 班級:化材四乙 姓名:張博鈞 學號太陽電池光電轉換基本原理 單從望文生義的角度來看的話，任何器件只要能轉換入射光子的能量，而直接產生輸出電壓，就可稱為光伏特效應 。半導體的Dember 效應 ，也能轉換入射光子的能量，而直接產生輸出電壓。Dember 效應是描述當光照到半導體表面，光子被吸收產生電子-電洞對，半導體表面的載子濃度增加，因而向半導體內擴散。但因電子和電洞的擴散係數不一樣，電子和電洞在空間的分佈就不相等，也因此會在分佈不均的電子和電洞間，產生內建電場，這內建電場產生的總和效應，就成為實驗所量測到的Dember 電壓。除了Dember 效應外，還有另一種物理化學機制?光電化學效應，也可以經照光後產生電壓，但此效應一般而言，因為須要用到電解質，且涉及化學反應，此即為近年來另一熱門的染料敏化感光電池 (DSSC) 。 太陽電池光電轉換基本原理 光伏特效應一般而言是指光子射到半導體p-n 二極體後，p-n 二極體的二端電極，產生可輸出功率的電壓伏特值。這詳細的過程包括：光子射到半導體內產生電子-電洞對，電子和電洞因半導體p-n 接面，形成的內建電場作用而分離，電子和電洞往相反的方向，各自傳輸至二端電極來輸出。所以光伏特效應一般是跟p-n 二極體有關的。若以矽晶體為例，n-型矽是指加入V 族的元素(如磷)做為施體(Donor)，提供導帶電子。p-型矽則是指加入III 族的元素(如硼)做為受體(Acceptor)，提供價帶電洞。如此半導體便可以有四種帶電荷的粒子：帶負電荷的電子，帶正電荷的電洞，帶負電荷的受體離子，和帶正電荷的施體。前二者是可動的，而後二者是不可動的。尚未接觸前，n-型或是p-型半導體，都是維持各自的電中性 太陽電池光電轉換基本原理 一般而言，光伏特電池元件的所涉及的物理機制和過程是相當複雜，而且隨著元件的材料和結構的不同而有所差異。但總的來說，任何光伏特電池元件的運作，須要有三個必要條件： 一、入射光子被吸收，產生電子-電洞對。 二、電子-電洞對在複合前，被分開。 三、分開的電子合電洞，傳輸至負載。 非晶矽薄膜太陽電池基本結構原理 薄膜太陽電池可以使用玻璃、塑膠、陶瓷、石墨，金屬片等不同材料當基板，非晶或多晶的薄膜光伏特元件則長在基板上，基板本身並不參與光伏特作用。在薄膜太陽電池製造上，則可使用各式各樣的Thin Film Deposition 技術，一層又一層地把p-型或n-型材料長上去。常見的薄膜太陽電池有：非晶矽、CuInSe2(CIS)、CuInGaSe2 (CIGS)、和CdTe。隨著薄膜技術的發展，Microcrystalline，甚至Nanocrytalline 矽薄膜也被研究開發。 矽薄膜太陽電池的製造程序 太陽電池的製程中， 一般使用Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)的方法，在晶片上鍍上一層Silicon Nitride (SiN)的抗反射層鍍膜Anti-Reflection Coating (ARC)。PECVD作用氣體可以使用Silane (SiH4) 和 Ammonia (NH3)，其化學反應可以簡單寫成： 也可以使用 SiH4 和 N2，則其化學反應可以簡單寫成： 其中 SiN:H 是指PECVD 成長的Silicon Nitride，實際上是一富含氫的非晶系結構。PECVD 的製程中，RF 的頻率與功率、RF 輸入腔體的電極之排列與間距，作用的時間、作用時的溫度與總氣壓、作用氣體的流量及其成份比例，等等因素都會決定抗反射層鍍膜的結果。而這結果就決定鍍膜的組成、矽/氮比例、氫含 製程及設備對照如下表示 電漿增長化學氣相沉積(PECVD) 電漿輔助化學氣相沈積（PECVD）系統，是使用電漿為輔助能量，使得沈積反應的度得以降低。在PECVD 中由於電漿的作用，會有光線的放射出來，因此又稱為『輝光放射』(Glow Discharge)系統。 電極基板則是由電阻絲加熱至200℃的溫度範圍。當在二個電極板間外加一個80MHz 的『射頻』(Radio Frequency，縮寫RF)電壓時，在二個電極之間會有輝光放射的現象。 SiH4 Plasma 反應機制原理 蒸鍍(Evaporation)原理： 蒸鍍是在高真空狀況下，將所要蒸鍍的材料，利用電阻或電子束加熱達到熔化溫度，使原子蒸發，到達並附著在基板表面上的一種鍍膜技術。在蒸鍍過程中，基板溫度對蒸鍍薄膜的性質，會有很重要的影響。通常基板也須要適當加熱，使得蒸鍍原子具有足夠的能量，可以在基板表面自由移動，如此才能形成均勻的薄膜。基板加熱至150℃以上時，可以使沈積膜與基板間，形成良好的鍵結而不致剝落。