微米孔洞陣列糙化 III-V 族化合物太陽電池之量測結果 SEM 照圖

圖 3.6 是陣列微米孔洞表面蝕刻穿口層完成後的 SEM 照圖，圖 3.6a 是陣列微米孔洞的表面照圖，圖 3.6b 則是孔洞內的側壁蝕刻 照圖。其顯示了我們所調配之鹽酸水溶液，蝕刻深度是我們所預計 的深度 200 nm；而且溶液蝕刻性完整，蝕刻的孔洞區域表面平整，

側壁角度幾乎是垂直，形成了窗口層表面的微米孔洞陣列光陷阱結 構，預計可以增加太陽電池元件的吸光量。

(a) (b)

圖 3.6 陣列微米孔洞蝕刻表面與側壁圖

反射率分析

圖 3.7 是微米孔洞排列週期分別為 5um~20um 的糙化太陽電池，

鍍上抗反射層後的反射率圖(Reflectance measurement)，以及對應太 陽光波段頻譜圖。未糙化的平坦單層抗反射層 SiO2在 700 nm 有最 低入射光反射率，約為 10 %。經過微米孔洞陣列糙化製程後，鍍上 的 SiO²抗反射膜其反射率開始變化。排列週期為 15um、20um 的晶 片，在 700nm 太陽光的反射率部分並沒有明顯減少；然而在短波長 的部分，其抗反射性的增益開始展現出來。實驗使用的晶片是 InGaP 接面太陽電池，其能隙約為 1.9 eV，主要的產生光電效應轉 換波段約在 670nm 附近。以太陽光輻射最強的 500 nm 波段來看，

微米孔洞陣列糙化製程鍍上抗反射層後，抗反射率可從原來的 28%

降至 20%，而陣列排列週期為 15um 或 20um 時抗反射率增益效果相 差不大。當陣列排列週期為 10um 時，抗反射率開始大幅度的下降；

500nm 波段的抗反射率約為 13%，最低點反射率則發生在 680nm，

僅有 1.8%的最低反射率。而陣列排列週期為 5um 時，意即表面糙 化程度最大的微米孔洞陣列抗反射層，其抗反射率更再進一步的往 下降；500nm 波段的抗反射率僅約有 6%，而最低點反射率則發生在 640nm，最低反射率為 2%，且其低吸收頻譜的廣頻區域(broad band) 較陣列排列週期為 10um 時來的更為理想。由抗反射率的分析，可 以初步確認微米孔洞陣列糙化製程，對於太陽電池吸收光量的增益 確實能有所提升。

圖 3.7 陣列微米孔洞表面糙化後鍍上抗反射層的反射率變化

量子效率(QE)分析

接下來是量子效率量測的部分，量測的波段是在波長 400nm~800nm 之間，其量測結果如圖 3.8 所示。由量測結果 可以觀察在表面微米孔洞陣列糙化週期為 20um、15um 時，其 QE 增益範圍只在 650nm 波段前後提升了約 8%左右的量子效率，表示 表面糙化增益的吸入光波段增益這段波常範圍。而陣列排列週期為 10um 時量子效率在 500nm~700nm 有大幅度的增益，增益範圍約 在 20-25%，對照這波段的入射光反射率圖，可以說增益的吸入光 都能有效的產生光電效應轉換成電子-電洞對。最後陣列排列週期 為 5um 表面糙化時，量測的抗反射率有最佳的表現，而且有最高 的量子效率，相較於傳統的太陽電池量子效率表現有達到約 30%

的增益量，增益範圍在入射太陽光 500nm~700nm 的光波段，而這 部分正好也是反射率改善最佳的範圍，故可證實陣列微米孔洞表面 糙化可以增益入射光吸收量，提升太陽電池效率轉換表現。

圖 3.8 表面微米孔洞陣列糙化太陽電池量子效率(QE)量測圖