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混合型太陽能電池的效率提升研究

為了解決1ev 電子 波長的問題，作者李翊豪 這樣論述：

近年來，由於能源短缺和環保意識的抬頭，綠能科技逐漸受到關注，世界各國開始提倡發展太陽能，這個風潮也襲捲了全世界。目前提升太陽能電池光電轉換效率的研究，為各界所關注的目標，太陽能發電系統之組成可以分成很多個部分，從太陽能電池元件開始，到模組封裝，甚至到後端的電力轉換整合系統，還有很多值得研究和發展的空間。本論文的研究主要分為四個部分: 一是針對聚光型太陽能模組的光子回收再利用研究，由於一般的聚光模組的聚光杯會反射部分的光線，我們利用四周外加的電池來吸收被反射出來的光線，以回收散射之光子，並實際應用在市售的模組上得到良好之結果。二是利用雷射鑽孔技術，在太陽能電池製作吸收層前鑽孔，增加吸收層的總面

積，希望藉由吸收面積增加，可以增加總體的光電轉換效率。三是研究壓合式太陽能電池，把兩種不同材料的太陽能電池壓製成一個元件，利用這種複合結構來吸收不同波長的太陽光能量。四是在太陽能電池表面塗佈奈米銀粒子，利用奈米銀粒子表面電漿波之特性輔助電池之光吸收。

以有機金屬氣相沉積系統成長氮砷化銦鎵系列材料並應用於多接面太陽電池之研究

為了解決1ev 電子 波長的問題，作者吳宗翰 這樣論述：

本論文主要在於研究有機金屬氣相沉積系統成長氮砷化銦鎵系列材料並應用於多接面太陽電池之研究；其中三五族三接面太陽能電池之轉換效率於2011年已創下超過40%之紀錄。而三五族太陽電池高轉換效率以及優越的抗輻射能力，使得其應用於外太空的酬載有很大的發展性。為了進一步提升傳統三接面太陽電池的效率，我們研究發展此種與鍺或砷化鎵晶格匹配且能隙接近1 eV的氮砷化銦鎵材料，該材料具有相當大的潛力可望作為下一個世代高效率太陽能電池的第四個接面，以提升整體轉換效率。從在砷化鎵基板上成長氮砷化銦鎵磊晶層開始，我們利用高解析X射線繞射儀分析成長材料之銦與氮的含量組成與能隙大小。為了使氮砷化銦鎵之吸收波長達到

1240 nm並同時降低晶格常數的不匹配，必須調整TMIn/III與DMHy/VT之比例，進而控制銦與氮組成比例。藉由降低磊晶溫度、提升成長壓力與DMHy/VT比例可以提升原本較難溶入的氮原子組成比例。我們利用各個不同溫度下成長的未摻雜氮砷化銦鎵作為本質層以吸收太陽能頻譜中長波長的區段，製作雙異質接面p型砷化鎵/未摻雜氮砷化銦鎵/n型砷化鎵太陽能電池。進而以熱退火後處理改善氮砷化銦鎵材料特性，並以X射線光電子能譜分析氮砷化銦鎵退火前後之材料鍵結。量測元件效率顯示，經過退火處理之600°C成長氮砷化銦鎵磊晶層具有較佳的光電特性，太陽能電池轉換效率可到達4.46%。未來我們可嘗試著以氮砷化銦鎵太陽

能電池作為第四個接面應用在磷化銦鎵/砷化鎵/1eV/鍺多接面太陽能電池元件結構中，更進一步地提升整體的效率。另外我們亦發展以砷化銦鎵/砷化鎵量子井結構延伸吸收波長，期望調整量子井組成而使得其吸收波長達到1eV，再將量子井結構置於本質層以形成p-i-n量子井太陽能電池。因此，我們可將量子井太陽能電池應用至磷化銦鎵/砷化鎵/1eV/鍺多接面太陽電池結構。而在有機氣相沉積系統磊晶過程中，可經由調整TMIn/III比例以及五三比來延伸吸收波長及改善磊晶品質；雖然增加TMIn/III比例有助於延伸吸收波段，但銦含量增加導致應力提升，因此量子井結晶品質和光特性變差，該問題可由增加五三比來改善。而後成長銦含

量22%之砷化銦鎵/砷化鎵量子井太陽能電池。在固定本質層總厚度下，將其分成不同對數量子井；由實驗結果可知，當量子井對數增加時，光電流有大幅提升造成轉換效率從1.50 %提升到6.55%，且其40對砷化銦鎵/砷化鎵量子井太陽能電池之吸收波長已達到1100 nm (1.12 eV)。另外為了進一步延伸太陽電池吸收波長，於砷化銦鎵井層中摻入氮元素。其氮含量為4.3%之電池效率為2.48%，其吸收波長可延伸至約1300 nm (0.95 eV)；為了改善氮摻入劣化太陽電池特性，我們採用混合式量子井太陽電池結構，而量子井太陽電池效率提升至2.955%。 另一方面，為了更進一步提高太陽能電池轉換效率，

我們亦應用不同形貌的氧化鋅奈米線/氧化鋁鋅層作為抗反射層並應用於傳統三接面太陽電池上，並探討其影響。儘管氧化鋁鋅層電特性十分優越，但其高反射率將會大幅減少入射光進入太陽電池之機會，故我們在氧化鋁鋅層上製作不同形貌氧化鋅奈米線，使得平均加權反射率可降低至12%，而三接面太陽電池轉換效率可從21％增加至26.2％。而在160倍光照下，其三接面太陽電池轉換效率可以提升到32％。關鍵字: 太陽電池, 氮砷化銦鎵, 有機金屬氣相沉積系統