光电报告-多孔矽应用太阳电池
22页1、光電報告- 多孔矽應用太陽電池1outlinen前言n太陽電池介紹及發電原理n多孔矽如何應用在太陽電池n產業動態n結語2前言n太陽能具有取用不竭、無汙染、實用性高 等特性,雖然人們很早之前早已知道,只 是的光電轉換效率不夠高,而令人振奮的 消息是近來光電轉換效率有逐漸提升的趨 勢,且多孔矽的特性可以運用在抗反射層 上,因此搭上目前熱門的太陽電池風潮, 從現今茂迪的股價就可以看出一點端倪。3太陽能電池的簡介n太陽電池是以半導體製作的元件,其 發電原理是使太陽光射照在太陽電池 上,讓半導體材料吸收0.22.4微米 波長的太陽光,產生電子及電洞對。 電子與電洞對因p-n接面電場而分離 形成光電壓,再經由導線傳輸至負載 使用。n目前太陽電池的種類可分為單晶矽、 多晶矽與非晶矽三種。較成熟的商品 以非晶矽為主,但因非晶矽材料有照 光衰退的問題,且效率僅為610, 因此較少用於發電模板。而結晶矽的 太陽電池因發電效率達1217,故 80 的市場皆屬於結晶矽太陽電池 。但結晶矽太陽電池需使用厚度約 350 微米的矽晶片作為材料,成本較 高。再者,由於太陽電池的原材料採 用高品質的矽晶錠,近年來因使用
2、量 的明顯成長,已日漸不足,這也是結 晶矽太陽電池的一項困境。有鑑於此 ,研發成本較低的薄膜太陽電池乃成 為新的發展方向。目前是以多晶矽與 微晶矽薄膜搭配非晶矽薄膜,以低溫 沈積在便宜的鈉玻璃上,來製作效率 與穩定性都較高的薄膜太陽電池。 4太陽電池的種類種類半導體材料Cell轉換效率理論效率矽結晶矽單晶矽(晶圓型)15-24%30%多晶矽 (晶圓型、薄膜型)10-17%20%非晶矽a-Si(薄膜型)8-13%14%化合物半 導體二元素 GaAs(晶圓型)18-30%CdTe(薄膜型)10-12%三元素CuInSe2(薄膜型)10-12%5太陽電池發電原理n早在一九三年代就已發現電解質 電池照光時電流會增加,證明了光 生電流的現象,但一直到一九五四 年第一個矽製的太陽電池才產生, 當時的效率只有6。一般太陽電 池是以摻雜少量硼原子的p 型半導 體當做基板,然後再用高溫熱擴散 的方法,把濃度略高於硼的磷摻入 p 型基板內,如此即可形成一p-n 接面,而p-n 接面是由帶正電的施 體離子與帶負電的受體離子所組成 。在該正、負離子所在的區域內, 存在著一個內建電位,可驅趕在此 區域中的可移動
3、載子,故此區域稱 之為空乏區。當太陽光照射到一p- n 結構的半導體時,光子所提供的 能量可能會把半導體中的電子激發 出來,產生電子電洞對,電子與 電洞均會受到內建電位的影響,電 洞往電場的方向移動,而電子則往 相反的方向移動。如果我們用導線 將此太陽電池與一負載連接起來, 形成一個迴路,就會有電流流過負 載,這就是太陽電池發電的原理。6多孔矽簡介n多孔矽的形成,是 由電流及HF電解液 在Si的表面產生侵 蝕作用所產生的不 規則的凹洞或柱狀 的Si結構。Porous siliconSi substrate7多孔矽的形成-1n當矽浸泡於氫氟酸 時會形成Si-H鍵結 ,而加正偏壓後氟 離子會取代氫離子 。n而氟離子會繼續替 代氫離子,並使氫 氣產生。8多孔矽的形成-2n而由於Si-F鍵結極化 的影響,使Si-Si的 鍵結變弱,使得氫和 氟離子分別與矽表面 產生鍵結,此時會生 成SiF4 ,並重複之前 的反應。nSiF4與HF化合成可容 於水的H2SiF6。9孔隙率n多孔矽的特性是由孔隙率來衡量的,孔隙率是 描述在多孔矽層孔洞空間與其多孔矽層總體積 的比例。n孔隙率 Porosity = n
4、M1:晶片尚未進行陽極化蝕刻前的重量nM2:晶片經過陽極化蝕刻後的重量nM3:將晶片置於蝕刻溶液去掉多孔矽層後的重 量10多孔矽的尺寸n macroporous平均孔洞尺 寸在2 nm以下。 n mesoporous 平均孔洞尺 寸約在2 nm 50nm之間 。n microporous 孔洞尺寸約 在50 nm以上 。11多孔矽的特性-抗反射12目前矽晶圓n京都議定書即將在明年二月開始執行,綠色能源的需求 造成太陽能發電將漸普遍,連帶太陽電池的上游材料多 晶矽(polysilicon)市場也水漲船高。台灣產界雖矽晶 圓材料供應商已無可避免面臨成本上漲趨勢,但亦有中 小尺寸矽晶圓商成為太陽能電池廠的供貨商,產業界雖 有壓力亦出現商機。 n業者指出,目前全球最大多晶矽供應商日本德山( Tokuyama)、美國Hemlock半導體等,已經宣佈明年 調高多晶矽材料報價,由現在每公斤三十美元漲升至明 年的七十美元,漲幅高達一倍以上,令矽晶圓廠製造商 叫苦不已。但整體矽晶圓市場仍呈小幅供過於求狀態, 調漲矽晶圓價格仍有相當難度。矽晶圓供應商目前只承 認上游材料漲價漲定的事實,但不敢奢望矽晶圓 價
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