多層膜結構對氫化非晶矽p-i-n太陽電池的影響

本論文採用脈波調變電漿輔助化學氣相沉積系統，以不同氫稀釋比(R=H2/SiH4)製作氫化非晶矽(a-Si:H)、氫化原晶矽(pc-Si:H))和氫化奈米晶矽(nc-Si:H)之薄膜，並製作不同氫稀釋比之單層薄膜和不同氫稀釋比之A子層與B子層5個週期堆疊的多層膜結構。 薄膜的光學、結構與電性分別以紫外光-可見光-近紅外光譜儀(UV-VIS-NIR)量測薄膜穿透率並估算出光學能隙(Eg)；以拉曼(Raman)光譜儀測量薄膜的聲子散射光譜並分析其結晶率；以穿透式電子顯微鏡(TEM)觀察薄膜結構；以電流-電壓(I-V)及外部量子效率(EQE)測量太陽電池的電性。單層薄膜之氫稀釋比為R100、R50和R25；多層膜結構之組合為R50_R100、R25_R100和R25_R50，經由分析來探討單層薄膜與多層膜結構對p-i-n太陽電池影響。 不同氫稀釋比單層薄膜太陽電池之開路電壓(Voc)、短路電流密度(Jsc)、填充因子(FF)及轉換效率皆呈現R25_Cell > R50_Cell > R100_Cell的變化關係。從EQE顯示在300~520 nm部分，R100_Cell與R50_Cell相近，R25_Cell落後其它兩者；但在520 nm之後，呈現R25_Cell > R50_Cell > R100_Cell的結果與I-V一致，表示單層薄膜太陽電池之主要由520 nm之後之光吸收主導其特性。 多層膜結構太陽電池之光電特性在R50_R100_Cell與R25_R100_Cell之結果極為相近，R25_R50_Cell在開路電壓(Voc)與其它兩者僅具微小差異，短路電流密度(Jsc)、填充因子(FF)及轉換效率皆具有最佳表現。從EQE顯示在300~600 nm之波段，R25_R50_Cell短路電流遠大於其它兩組；R50_R100_Cell與R25_R100_Cell在全波段皆具有相近的表現，其結果與I-V一致，表示多層膜結構太陽電池主要由300~600 nm之波段主導其特性。證實此結構在適當的搭配組合下是可以增加內建電場並促使光生載子的分離進而提升其電流。