矽中空奈米柱陣列為基礎的核殼p-n接面太陽能電池

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2011

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近年來,奈米線(nanowire)與奈米柱(nanopillar)因為一維奈米線的長-徑比及超高表面積,相較於塊材式(bulk)或薄膜式(thin-film)元件有較高之光響應,使得此結構於光電元件上的應用已備受矚目,在未來,奈米太陽能元件有相當佳之發展潛力。 本研究則藉由Lithography方法配合電子束直寫(Leica e-beam)曝光系統,定義空心柱寬度與週期,經由乾式蝕刻蝕刻奈米結構與低壓化學氣相沉積沉積i層與n層,成功製作矽中空奈米柱陣列為基礎的核殼p-n接面太陽能電池。此元件大幅度降低表面入射光之反射率,達到較佳之抗反射效果外,亦提升照光表面積與增加太陽能電池有效工作面積(即為p-n接面),並且縮短載子傳輸路徑,防止載子再複合現象發生,提高利用價值。其中,藉由討論不同空心奈米柱寬度、高度與陣列週期之奈米結構,對元件光學反射率、光電轉換效率(Power Conversion Efficiency)與量子效應(External quantum efficiency, EQE)之影響,從中得知,當陣列矽空心奈米柱太陽能電池為空心奈米柱寬度700 nm高度1773 nm 排列週期2300 nm狀況下,有最佳之光電轉換效率11.71%,而於入射波長800 nm時有最佳外部量子效應88.32%。與本研究平面太陽能電池比較下,光電轉換效率更可提升約76%。

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太陽能電池, 矽中空奈米柱陣列, 核殼p-n接面, Solar Cell, Arrayed Silicon Hollow Nanopillar, Core-shell p-n Junction

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