文獻回顧

在薄膜太陽光電系統之成本結構中，以製程技術成本最高，約佔七成以上，

因此如何強化薄膜太陽能電池技術發展、有效降低成本，簡化製程步驟，便是降 低整體薄膜太陽光電系統成本、促進薄膜太陽光電更加普及應用的關鍵，Jongseung Yoon 等人利用指狀單面薄膜太陽能電池結構以及聚二甲基矽氧烷(PDMS)stamp 成 功實現薄膜轉移技術(參見圖 1-12)，在其內容亦提及詳細的指狀薄膜太陽能電池與 PDMS stamp 製程，在其研究展示可撓式薄膜太陽能電池在不影響效能下可彎曲角 度。圖 1-13 為 Jongseung Yoon 團隊所研製之成品，圖 1-14 為薄膜太陽能電池在彎 曲角度下應力分佈及簡易太陽能電池側向結構[16]。

圖 1-15 指狀薄膜太陽能電池轉移製程 [16]

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圖 1-16 指狀薄膜太陽能電池成品 [16]

圖 1-17 彎曲角度下應力分佈 [16]

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Rui Li等人利用薄膜轉移技術將 SOI 基板之矽薄膜，轉移至硬性基板(玻璃)及

可撓式基板(PET/PDMS)上，其內容提到控制合適的低溫退火溫度、在無抗反射層 之情況下 2m 厚度的矽晶薄膜太陽能電池擁有 1.64%轉換效率及 0.38 伏特電壓，

而結合了最佳抗反射層、指狀電極及電漿結構後，轉換效率將逼近 10%，考慮低 成本的市場，新型薄膜太陽能電池擁有其發展及競爭性，而在製程上為了能夠方 便蝕刻，在矽薄上先製作孔洞好讓蝕刻液能均勻的擴散，圖 1-18 為薄膜轉移製程，

(a)在 980^oC 製造 N 型半導體，(b)在矽薄膜上製造些孔矽， (c)移除犧牲層， (d) 在薄膜上製造金電極與指狀鋁電極相互交叉結構，(e)轉移至可撓式基板，圖 1-19 為轉移後之太陽能電池實體圖(a)帄面的薄膜太陽能電池，(b)薄膜太陽能電池轉移 到曲面的 PDMS，圖 1-20 為結構厚度與轉換效率之關係[17]。

圖 1-18 薄膜矽太陽能電池轉移技術[17]

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圖 1-19 薄膜太陽能電池。[17]

圖 1-20 不同厚度矽太陽能電池之效率[17]

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Harish Subbaraman 等人，利用 SOI 基板展示了可撓式矽晶太陽能奈米薄膜的 高度靈活性，在其內容提及矽奈米柱結構及 PDMS 薄膜轉移之製程(參見圖 1-21)，

(a)有指狀圖案之 SOI 基板，(b)蝕刻底切後側視圖，(c)製作支撐層，(d)蝕刻後氧化 層懸掛在指狀矽薄膜上，(e)用 PDMS 黏貼結構，(f)使用 NOA61 再次轉移。圖 1-22 為薄膜太陽能電池結構轉移至 Kapton 可撓式基板 [18]。

圖 1-21 奈米太陽能薄膜轉移製程[18]

圖 1-22 薄膜太陽能電池結構轉移至 Kapton 可撓式基板 [18]

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二維光子晶體板（2D PCS），一個用於集成光子最有吸引力的納米光學結構，

其可以被集成到各種光子器件，Weidong Zhou 等人的目標是在法諾共振光電子領 域取得進展，專注於二維 PCS 結構光子器件，也研究納米薄膜轉印製造技術，這 是光子晶體板品質好壞的關鍵。圖 1-23 有三種轉印方法(1)直接轉印(2)PDMS 黏著 轉印(3)乾式轉印，直接轉印方法為在可撓式基板上塗黏著劑後整片印在蝕刻後的 樣品上，讓結構因黏著劑轉印到可撓式基板，PDMS 黏著轉印方法為先將蝕刻後 的結構轉印到 PDMS 上，再將黏著劑塗在可撓式基板上，最後用黏著劑把在 PDMS 上的結構轉印致可撓式基板上，乾式轉印則是利用特殊的彈性可撓式基板，直接 將蝕刻後的結構貼致可撓式基板上，這三種技術都與剝離速度與力道有關，在剝 離基板與轉印到可撓式基板之間的剝離速度都不同，且剝離時力道太大將會導致 結構破損[19]。

圖 1-23 直接轉印、PDMS 黏著轉印、乾式轉印製程示意圖[19]

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單晶矽是現代微電子工業的支柱，然而迄今為止的設備被限制，不能滿足可 撓性電子及光子日益增長的需求，在過去的幾年電子和光電子，在這一新興領域 的成就令人鼓舞，包括靈活的，可捲曲紙狀顯示器，柔性矽集成電路，光子晶體 濾波器，智能皮等。在所有的可轉移材料，單晶矽納米薄膜可以是最有前途的電 子和光子裝置，因為它不僅具有高載流子遷移率和機械耐用性，在近紅外區域透 明。然而，在轉移帄面光子元件到可撓式基板仍然是一個很大的挑戰，因為光子 器件對任何類型的移位或拉扯敏感，圖 1-24 為將波導結構轉移至可撓式基板上(a) SOI 結構: 250nm 矽薄膜、3m 犧牲層、550m 基板，(b)定義圖形，(c)塗佈光阻，

(d)濕蝕刻，(e)蒸氣蝕刻，(f)PDMS 轉印，(g)PET 塗佈 NOA61，(h)將薄膜印至可 撓式基板上[20]。

圖 1-24 波導結構轉移製成[20]

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綜觀以上矽薄膜有相當多的應用，包括了電晶體、太陽能電池、波導及生醫 科技等等，一 個 成 功 的 薄膜開 發，需 要充分 了解 各種薄 膜的物 理、化學、機 械 特性，由於 薄膜科 學與技 術的研 發相關 技術層 次高、系 統複 雜與精 密性要 求 嚴格，在 許多應 用之上 需要各 種不同 背景與 專才的 人員共 同參與，因此整 合 不同系 所甚至 於不同 學門的 人力共 同投入，成立 專門的 薄膜 研發中 心以推 動 薄 膜 科 學 與技術 的整合 發展， 有其不 可或缺 的必 要性。

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