薄膜在 a-si thin film solar cell 的應用

目錄薄膜太陽能電池非晶矽 a-si非晶矽薄膜太陽能電池參考文獻

薄膜太陽能電池薄膜電池應用到建築物的圍護結構如

屋頂、天窗、外觀、門窗等部分的建築材料之中。

轉換效率不高，且有光衰退現象，非晶矽太陽能電池具有非常寬的頻譜吸收，也可以做成可撓式的薄膜電池，對於綠建築等等需要將電池服貼於窗戶甚至是建築的表面。

薄膜太陽能電池特點：

1. 輕量 (weight)重量輕，使用在建築物上時可減輕建築物負擔。2. 可製成可撓式 (flexibility)容易與其他產品整合、可在非平面 ( 如球型屋頂、弧形玻璃帷幕 ) 上應用。3. 低成本 (cost)製造成本低，對消費者在安裝時更具吸引力，在大規模大面積安裝時更具優勢。4. 長效性 (longevity)對溫度耐受度較高、對光照度需求較低，累積發電量較高較不受環境因素影響。

薄膜太陽能電池可應用在計算機、耳機、收音機、溫度計、

手錶、鬧鐘、 LED 照明、感應燈、電池充電器等等。

可拋棄式電子產品，如射頻識別、智慧型包裝、智慧卡耗電低產品。

可用於服飾應用，並可延伸應用在帳篷、窗簾、百葉窗等，太陽光電可被視為服飾上的充電器、電力的來源，此外應用在軍事與防救災用途上，如美國軍方一直都有資助相關廠商開發應用軍事用途的太陽能產品。

非晶矽非晶矽（ amorphous silicon α-Si ）又稱

無定形矽。單質矽的一種形態。棕黑色或灰黑色的微晶體。矽不具有完整的金剛石晶胞，純度不高。熔點、密度和硬度也明顯低於晶體矽。

結構特徵為短程有序而長程無序的 α-si 。純α- 矽因缺陷密度高而無法使用。採用氣相沉積法製作 pn 接面。非晶矽在太陽輻射峰附近的光吸收係數比晶體矽大一個數量級。

能帶寬度 1.7～ 1.8eV ，而遷移率和少子壽命遠比晶體矽低。現已工業應用，

非晶矽太陽能電池非晶矽具有較佳的光吸收能力，因此僅需較薄的吸收層，轉換效率約 6~7% ，另外矽薄膜由於其結構的影響而有光劣化的問題，在使用後的短時間內效率會衰退 15~35% 。

薄膜電池具有轉換效率低的劣勢，卻也同時具備成本低廉的優勢。非晶矽薄膜電池中矽的用量僅為普通多晶矽用量的 1/100 。

非晶矽太陽能電池元件結構

非晶矽太陽能電池製造流程ITO

基板

ITO

基板

i 型矽薄膜層p 型矽薄膜層

ITO

基板

n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層p 型矽薄膜層ITO

基板

金屬膜 n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層p 型矽薄膜層ITO

基板

EVA 層

金屬框EVA 層

導線 n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層

p 型矽薄膜層ITO

基板

光

金屬框

圖案ITO

基板

p 型矽薄膜層ITO

基板

n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層

p 型矽薄膜層ITO

基板

金屬膜 n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層p 型矽薄膜層ITO

基板

(1) 透明導電 ITO 基板形成

(3) 基板清洗

(5) 結晶矽薄膜層形成 (i 型晶矽半導體形成 )

(7) 雷射蝕刻圖案化 ( 結晶矽 )

(9) 雷射蝕刻圖案化 ( 金屬電極 )

(11) 積層化處理

(2) 雷射蝕刻圖案化

(4) 結晶矽薄膜層形成 (p 型結晶矽半導體形成 )

(6) 晶矽薄膜層形成 (n 型晶矽半導體形成 )

(8) 金屬電極形成

(10) 導線形成

(12) 特性測試

I V

非晶矽太陽能電池製造流程ITO

基板

ITO

基板

i 型矽薄膜層p 型矽薄膜層

ITO

基板

n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層p 型矽薄膜層ITO

基板

金屬膜 n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層p 型矽薄膜層ITO

基板

EVA 層

金屬框EVA 層

導線 n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層

p 型矽薄膜層ITO

基板

光

金屬框

圖案ITO

基板

p 型矽薄膜層ITO

基板

n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層

p 型矽薄膜層ITO

基板

金屬膜 n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層p 型矽薄膜層ITO

基板

(1) 透明導電 ITO 基板形成

(3) 基板清洗

(5) 結晶矽薄膜層形成 (i 型晶矽半導體形成 )

(7) 雷射蝕刻圖案化 ( 結晶矽 )

(9) 雷射蝕刻圖案化 ( 金屬電極 )

(11) 積層化處理

(2) 雷射蝕刻圖案化

(4) 結晶矽薄膜層形成 (p 型結晶矽半導體形成 )

(6) 晶矽薄膜層形成 (n 型晶矽半導體形成 )

(8) 金屬電極形成

(10) 導線形成

(12) 特性測試

I V

非晶矽太陽能電池製造流程ITO

基板

ITO

基板

i 型矽薄膜層p 型矽薄膜層

ITO

基板

n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層p 型矽薄膜層ITO

基板

金屬膜 n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層p 型矽薄膜層ITO

基板

EVA 層

金屬框EVA 層

導線 n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層

p 型矽薄膜層ITO

基板

光

金屬框

圖案ITO

基板

p 型矽薄膜層ITO

基板

n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層

p 型矽薄膜層ITO

基板

金屬膜 n 型矽薄膜層i 型矽薄膜層p 型矽薄膜層

ITO

基板

(1) 透明導電 ITO 基板形成

(3) 基板清洗

(5) 結晶矽薄膜層形成 (i 型晶矽半導體形成 )

(7) 雷射蝕刻圖案化 ( 結晶矽 )

(9) 雷射蝕刻圖案化 ( 金屬電極 )

(11) 積層化處理

(2) 雷射蝕刻圖案化

(4) 結晶矽薄膜層形成 (p 型結晶矽半導體形成 )

(6) 晶矽薄膜層形成 (n 型晶矽半導體形成 )

(8) 金屬電極形成

(10) 導線形成

(12) 特性測試

I V

薄膜應用 -ITO層

ITO需具有高光穿透率、低電阻、極佳導電特

性，用來當透明電極。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)

薄膜應用 - a-si層

http://www.residentialsolar101.org/thin-film-solar-technology/

a-si非晶矽層：主要是經由光電效應產生光電流。

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)

P-i-n

n p

p n

i

厚度 (t)

光

p

光

厚度 (t)

ndf(J )電子擴散電流

dr(J )電子漂移電流

pdf(J )電洞漂移電流

dr(J )漂移電流

薄膜應用 - 其他部分

薄膜層應用

矽薄膜型太陽能電池

接觸電極 (Contact Electrode)

光吸收薄膜層 (Absorber Layer)

鈍化薄膜層 (Passivation Layer)

抗反射層 (Antireflective Layer)

濺 鍍 (Sputtering) 蒸 鍍 (Evaporation)

濺鍍、蒸鍍電漿式化學氣相沉積 (PE-CVD)

濺 鍍電漿式化學氣相沉積 (PE-CVD)

濺 鍍電漿式化學氣相沉積 (PE-CVD)

Atomic Layer Deposition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

薄膜應用 - 抗反射層用於提升透光度，減少反射。

鈍化薄膜層增加光在膜層內的散射距離以增加吸收。

http://www.ndl.narl.org.tw/web/research/energy.html

EVA層EVA膜的基本功能：

1.固定太陽能電池及 連接電路導線提供 Cell絕緣保護2.進行光學藕合3.提供適度的機械強度4.提供熱傳導途徑

參考文獻 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E9%9

8%B3%E8%83%BD%E7%94%B5%E6%B1%A0#.E8.96.84.E8.86.9C.E5.A4.AA.E9.99.BD.E9.9B.BB.E6.B1.A0

http://college.itri.org.tw/topiclearn.aspx?id=153 http://pv.energytrend.com.tw/knowledge/201208

21-4890.html http://www.kson.com.tw/chinese/study_23-16.ht

m http://www2.nsysu.edu.tw/physdemo-kh/2012/E4

/E4.php http://www.mmmpc.com.tw/yuehyin/MagSumma

ry.aspx?ID=480&MID=9390 http://www.display-all.com/news/news_detail.php

?language_page=taiwan&button=news&adtype=news_ptech&cate=tech&serial=16734&check_o=40536

http://ejournal.stpi.narl.org.tw/NSC_INDEX/Journal/EJ0001/9807/9807-08.pdf