光电报告-多孔矽应用太阳电池

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1、光電報告-多孔矽應用太陽電池outline前言太陽電池介紹及發電原理多孔矽如何應用在太陽電池產業動態結語2004.1.32前言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。2004.1.33太陽能電池的簡介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0.2∼2.4微米波

2、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。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6∼10％，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12∼17％，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

3、。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。2004.1.34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%2004.1.35太陽電池發電原理

4、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

5、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。2004.1.36多孔矽簡介多孔矽的形成，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。PoroussiliconSisubstrate2004.1.37多孔矽的形成-1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。而氟離子會繼續替代氫離子，並使

6、氫氣產生。2004.1.38多孔矽的形成-2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。SiF4與HF化合成可容於水的H2SiF6。2004.1.39孔隙率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。孔隙率Porosity=M1：晶片尚未進行陽極化蝕刻前的重量M2：晶片經過陽極化蝕刻後的重量M3：將晶片置於蝕刻溶液去掉多孔矽層後的重量2004.1.310多孔矽的尺寸macroporou

7、s平均孔洞尺寸在2nm以下。mesoporous平均孔洞尺寸約在2nm~50nm之間。microporous孔洞尺寸約在50nm以上。2004.1.311多孔矽的特性-抗反射2004.1.312目前矽晶圓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。業者指出，目前全球最大多晶矽供應商日本德山

8、（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「矽晶圓價格可隨之上升」。2004.1.3132002年世界太陽電池生產技術分佈單位：MW技