矽中空奈米柱陣列為基礎的核殼p-n接面太陽能電池

Abstract

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%。