此章開始介紹三個研究主題的實驗步驟。所有製程皆是將已完成的電池試片 當作基板，進行二次製程步驟，以求改善基板原有反射率及量子效率。基板的製 程步驟已在上一章節介紹完畢，在此，只針對二次製程步驟做一詳述說明。
實驗方向共分為三個主題：主題（一）：利用自組裝介電質奈米粒子（Silica），
提升多晶矽太陽能電池效率；主題（二）：藉由奈米級蜂巢式抗反射結構，提升 單晶矽太陽能電池效率；主題（三）：透過光轉移材料提升單晶矽太陽能電池光 補獲的能力。依據不同主題，分段介紹其二次製程的實驗步驟。最後則針對量測 機台原理做一介紹。
3-1 主題（一）奈米粒子 Silica
（1）利用旋轉塗佈法，將二氧化矽奈米粒子懸浮液，藉由調控界面活性劑 的比例，使奈米球在多晶矽粗糙化表面，達到最佳塗佈情形。需先在平面試片上 抓到單層塗佈奈米球的最佳參數，這樣在接下來塗佈於粗糙化表面時，才能有效 降低過多的奈米球沉積。此步驟存有三個可調變的參數，一為塗佈的轉速，二為 懸浮液的濃度，最後則為界面活性劑的比例。
塗佈轉速：分成多階段慢轉跟兩階段快轉。由於此旋轉塗佈機為伺服馬達所 驅動，所以可以精準的調慢轉速至幾百rpm，使其懸浮液有足夠的時間去引發自 組裝機制。
懸浮液濃度：由於電池試片尺寸約為15cm2，而過多的奈米粒子會造成反射 損失，所以懸浮液不需太濃，粒子數只需足夠覆蓋整片電池試片即可。鎖定在≦
15% 重量百分濃度。
界面活性劑比例：藉由使用乙二醇（Ethylene Glycol）跟乙醇（Ethanol）兩 種界面活性劑的混合比例，來達到最佳化粒子分散的特性。設定參數如表3-1 所 示：
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表3-1、 奈米粒子 Silica_懸浮液實驗參數
以上所調控的奈米球塗佈結果，將藉由掃描式電子顯微鏡（SEM）做觀測。
（2）將上述最佳化的參數，應用在塗佈多晶矽太陽能電池試片上。此步驟 可調變的參數為，奈米球的劑量、大小以及塗佈轉速。
奈米球劑量：此參數與奈米粒子表面覆蓋率有關，而覆蓋率與粒子散射強度 有直接的關係，精準掌握最佳化的粒子表面覆蓋率，可有效提升電池試片的光吸 收特性。
奈米球尺寸：不同大小的奈米粒子對散射波長有不同的效應，而且，表現出 來的最佳化粒子覆蓋率也不同。
塗佈轉速：將平面塗佈的參數應用於粗糙化結構，仍會有不足之處，所以需 再做些許微調。設定參數如表3-2 所示：
表3-2、 奈米粒子 Silica 塗佈於電池試片實驗參數
（3）進行量測步驟。本實驗的量測機台，包括有太陽光譜電性量測系統（Sun 奈米粒子懸浮液濃度
多階段慢轉 兩階段快轉 重量百分濃度（wt%） 10%~15%
Step1 350rpm, 60s 350rpm, 60s Step2 450rpm, 60s 3500rpm, 30s
Step3 550rpm, 60s 界面活性劑比例
Step4 650rpm, 60s 體積百分濃度（v/v%）
Step5 750rpm, 60s （乙二醇：乙醇：去離子水） 35:35:30
Step6 850rpm, 60s Step7 950rpm, 60s Step8 1050rpm, 60s
Ps.兩階段快轉的末速可由1500rpm調變至5500rpm
塗佈轉速
奈米球尺寸
多階段慢轉 兩階段快轉 尺寸（nm） 100、250、500
Step1 350rpm, 60s 350rpm, 60s Step2 450rpm, 60s 3500rpm, 30s
Step3 550rpm, 60s 奈米球劑量
Step4 650rpm, 60s 劑量（μl） 125、250、500、1000
Step5 750rpm, 60s Step6 850rpm, 60s Step7 950rpm, 60s Step8 1050rpm, 60s
Ps.兩階段快轉的末速可由1500rpm調變至5500rpm
塗佈轉速
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Simulator）、外部量子效率量測機台（External Quantum Efficiency）、反射率量測 光譜儀（UV/VIS/NIR Spectrophotometer）。透過上述量測機台，可以精準比較出 粒子的散射特性，對整體電池元件的貢獻程度。
太 陽 光 譜 電 性 量 測 系 統 ： 借 用 於 交 通 大 學 林 明 璋 實 驗 室 ， 型 號 為 (Yamashita-Denso, Model YSS–50A)，由於此機台主要作為量測染敏太陽能電池 使用，所以探針設計為夾式，對本實驗的電池試片來說，存有嚴重的破壞問題（試 片厚度只有約 200um，一夾就斷）。所以本實驗室自行設計一量測平台，使我們 的試片能與夾式太陽光譜電性系統做整合。設計概念為，將兩片金屬平板做成凸 型，使電池試片夾於其中，並在上層金屬平板中間開洞，以利照光需求，最後則 放入用壓克力製作的平台，再用塑膠螺絲固定，而金屬平板凸起來的地方則可被 夾式探針使用。成品如圖3-1 所示。此平台為透過清大科學儀器中心所製造。我 們有將其量測結果與純探針量測的結果做比較，發現跟純探針所量測的結果，只 少了約1%左右的光電轉換效率，原因在於兩層金屬板純粹利用外力與電池片做 接觸，造成過大的接觸電阻，所以效率下降，不過由於在製程前後皆採用相同量 測 方 式 ， 所 以 仍 可 觀 察 其 差 異 變 化 。 設 定 的 開 孔 照 光 面 積 為 1.5cm*1.5cm=2.15cm2。
反射率量
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旋塗至電池粗糙化表面，加熱進行後續步驟，此方法稱為混合法（Mixture）。
隨著使用方法的不同，可調變的參數也不盡相同。主要調變的參數包括：聚 苯乙烯奈米粒子濃度、醋酸鋅水溶液濃度、奈米粒子與醋酸鋅兩者混合後濃度、
加熱溫度及旋塗速度等等。
奈米粒子尺寸及濃度：由於奈米粒子在此當作遮罩使用，所以粒子的尺寸及 濃度會影響到最後塗佈的層數，進而造成不同的成像結果。
醋酸鋅水溶液濃度：醋酸鋅濃度會直接影響後來成形的圖案，過濃會造成過 度包覆奈米球體，導致聚苯乙烯無法隨著加溫過程裂解揮發乾淨，使得結構呈現 凹隙的不規則球體型態；過稀的醋酸鋅溶液，則會造成結構的不完整。
奈米粒子與醋酸鋅兩者混合後的濃度：由於奈米粒子最終會隨著加溫過程裂 解消失，所以此混合液著重在醋酸鋅的比例。
旋塗轉速：若為混合法的話，此步驟可以很快就抓到最佳參數；若為逐次旋 塗法，則需考量醋酸鋅溶液填入球體間縫隙的問題。
升溫過程：主要作為讓聚苯乙烯奈米粒子裂解的方法。由於所有製程皆是應 用已完成的太陽能電池片做為基板，所以加熱溫度也需精準控制在不影響既有電 池試片的前提之下。設定參數如表3-3、表 3-4 所示：
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表3-3、 奈米蜂巢式結構 Honeycomb-逐次旋塗法實驗參數
表3-4、 奈米蜂巢式結構 Honeycomb-混合法實驗參數
（2）進行量測步驟。本實驗的量測機台，包括有太陽光譜電性量測系統（Sun Simulator）、外部量子效率量測機台（External Quantum Efficiency）、反射率量測 光譜儀（UV/VIS/NIR Spectrophotometer）、X 光繞射儀（X-Ray Diffraction, XRD）、
螢光光譜儀（Fluorescence Spectroscopy）、能量散射光譜儀（Energy Dispersive Spectrometer）、共焦拉曼顯微鏡光譜儀（Confocal Raman Microscope）。透過上述
奈米球尺寸
多階段慢轉 兩階段快轉 尺寸（nm） 100、250、500
Step1 350rpm, 60s 350rpm, 60s
Step2 450rpm, 60s 3500rpm, 30s 奈米球濃度
Step3 550rpm, 60s 濃度（wt%） 2.5
Step4 650rpm, 60s Step5 750rpm, 60s
Step6 850rpm, 60s 醋酸鋅濃度
Step7 950rpm, 60s 莫耳濃度（M） 0.02、0.05、0.1、0.15、0.2
Step8 1050rpm, 60s
奈米球與醋酸鋅旋塗劑量
劑量（μl） 150、300
Step1 Step2 Step3 Step4 Step5
塗佈轉速
升溫機制
過程說明 15min升至85℃
在85℃停留2hr 花1hr升至300℃
300℃停留1hr 停止加熱放置冷卻
Ps.兩階段快轉的末速可由1500rpm調變至5500rpm、升溫的Step3跟4，可調變時間跟最後溫度
奈米球尺寸
多階段慢轉 兩階段快轉 尺寸（nm） 100、250、500
Step1 350rpm, 60s 350rpm, 60s Step2 450rpm, 60s 3500rpm, 30s Step3 550rpm, 60s
Step4 650rpm, 60s Step5 750rpm, 60s Step6 850rpm, 60s Step7 950rpm, 60s
Step8 1050rpm, 60s 醋酸鋅混入奈米球懸浮液劑量
劑量（g） 1.875、3.75、7.5
Step1 Step2 Step3 Step4
Step5 停止加熱放置冷卻
Ps.兩階段快轉的末速可由1500rpm調變至5500rpm、升溫的Step3跟4，可調變時間跟最後溫度
升溫機制
過程說明 15min升至85℃
在85℃停留2hr 花1hr升至300℃
300℃停留1hr
塗佈轉速
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量測機台，可以精準比較出奈米蜂巢式結構對整體電池元件的貢獻，並透過光學 量測機台來判定蜂巢式結構的材料特性。
3-3 主題（三）奈米螢光粉 YVO
4：Bi
3+：Eu
3+（1）將已最佳化合成的稀土元素奈米螢光粉 YVO4，利用旋轉塗佈法，均 勻沉積在單晶矽太陽能電池表面。奈米螢光粉在此次實驗的主要目的，在於進行 光轉移機制，使提升電池於UV 波段較弱的量子效率表現。因此主要需調控的參 數為奈米螢光粉劑量及旋塗轉速。
奈米螢光粉劑量：沉積不同劑量的奈米螢光粉，可表現出不同光轉移強度，
並造成電池試片在UV 波段不同的量子效率結果。依據其粒子的結構型態，也可 產生格外的光散射機制，提升電池元件光補獲的特性。
旋塗轉速：螢光粉在此的目的為光轉移，所以塗佈上去的量必需在不影響既 有電池元件的前提下進行，影響的判定主要以反射率做為參考依據。所以透過最 佳化的旋塗轉速設定，可以有效的將影響因素降至最低。另一方面，過度沉積螢 光粉於電池表面上，相信會造成電池試片在UV 波段原有的量子效率，所以精準 控制塗佈螢光粉的劑量，對整體效率表現相當重要。設定參數如表3-5 所示：
表3-5、 奈米螢光粉 YVO4：Bi3+：Eu3+實驗參數
（2）進行量測步驟。本實驗的量測機台，包括有太陽光譜電性量測系統（Sun Simulator）、外部量子效率量測機台（External Quantum Efficiency）、反射率量測
多階段慢轉 兩階段快轉 Step1 350rpm, 60s 350rpm, 60s
Step2 450rpm, 60s 3500rpm, 30s 奈米螢光粉劑量
Step3 550rpm, 60s 劑量（mg/ml） 2.5、5、7.5
Step4 650rpm, 60s Step5 750rpm, 60s Step6 850rpm, 60s Step7 950rpm, 60s Step8 1050rpm, 60s
Ps.兩階段快轉的末速可由1500rpm調變至5500rpm
塗佈轉速
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光譜儀（UV/VIS/NIR Spectrophotometer）、X 光繞射儀（X-Ray Diffraction, XRD）、
螢光光譜儀（Fluorescence Spectroscopy）。
由於此次實驗，最主要是透過螢光粉的光轉移機制來增加光電流表現，進而 提升電池效率，因此，最直接地判斷依據在於外部量子效率的量測結果，因為理 論上來說，當量測到UV 波段的電流表現時，由於部份 UV 光被轉移成可見光輸 出，所以此時量測到的電流，為原本UV 加上轉移成可見光這兩部份電流的加總，
此結果會直接表現在外部量子效率量測的UV 波段，因此可做為判定的標準。
3-4 分析機台原理簡介
3-4-1 X 光繞射儀
通常用於X 射線光譜學的波段範圍大約為 0.1Å~25Å。其應用的理論為布拉 格定律。當 X 射線光束以一角度 θ 撞擊在一晶體表面時，一部分會被表面的原 子層所散射，而未被散射的部分會穿透到第二原子層，在此又有一部分被散射，
通常用於X 射線光譜學的波段範圍大約為 0.1Å~25Å。其應用的理論為布拉 格定律。當 X 射線光束以一角度 θ 撞擊在一晶體表面時，一部分會被表面的原 子層所散射，而未被散射的部分會穿透到第二原子層，在此又有一部分被散射，