文獻回顧

經上述背景可知，串聯電組影響太陽能轉換效率甚鉅，其範圍涵蓋了電極所 產生的電阻、電流流經半導體時所產生的電阻、電極與半導體之間的交界面所產 生的材料不匹配以及半導體之間的材料本身所造成的電阻，此乃降低效率的關鍵 因素之一下面將就其設計起於及相關文獻做整理及討論。

由於在固定遮罩率的條件下，如何藉由改變電極樣式來影響電阻值以提升填 充因子和轉換效率發人省思，但改變電極之設計將對於三五族太陽能電池高聚光 時對降低溫度有改善的作用，降緩填充因子的劣化情形。簡言之，本研究將討論 該如何使電極與電流之間做匹配及對其在製程極限之內做有效的設計[3]。

 G. M. M. W. Bissels et al., J Research and Applications (2010) [4]

2010年Bissels等人，利用理論分析了Circular年輪環狀的電極圖形，降低了旋 轉錯位所造成的功率消耗，在其比較內容亦提及了為Radial的輻射狀電極、Square 柵狀電極圖形以及Inverted Square反相指狀電極，在其研究中發現當在高聚光倍 率時反相指狀電極之消耗功率較其他電極圖形低。圖1-1為四種不同電極圖形，

圖1-2為四種電極圖形在高聚光倍率時消耗功率所造成的影響。

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 K. Nishioka et al., Solar Energy Materiala & Solar Cells 90 (2006) [5]

2006年K. Nishioka等人，計算InGaP/InGaAs/Ge三接面太陽能電池之串聯電阻，

並以SPICE模擬軟體模擬其特性，經過等效電路計算，比較了不同電極間距之傳 統Square柵狀電極以及與反展之後的反相指狀電極的串聯電阻。圖1-3傳統柵狀 電極及反相指狀電極、圖1-4改善電流的分布而降低串聯電阻(R_s)。

 S.OKAMOTO et al., 26^th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (1997) [6]

在1997年，S.OKAMOTO等人，利用c-Si/pc-Si:H結構，分別對反相指狀電極 與魚骨狀進行比較，在相同地面積下進行製作與量測，由於反相指狀電極其半導 體所產生的光電流流至電極所走的路徑較短，降低表面橫向電阻，進而改善了串 聯電阻值。圖1-5(a)反相指狀電極，圖 1-1(b)魚骨狀電極。

 A.R.Moore et al., RCA Review (1978) [7]

1978年，A.R.Moore等人，利用L. Napoli之研究團隊所設計的反相指狀電極 圖形假設了電流的收集方向，並針對一根指狀電極做分析，其使用𝑑𝑃 = 𝐼²(𝑦)𝑑𝑅 等公式計算柵狀電極以及反相指狀功率消耗(金屬電阻功率消耗、接觸電阻功率 消耗、表面橫向功率消耗)，此一理論模型將有助於新樣式設計之電極消耗功率 分析的推導。

 C. Algora et al., Translations on Electron Devices (2001) [8]

2001年，C. Algora等人，成功的將大小為1mm^２線寬為3m的inverted square 電極圖形製作於單接面的GaAs晶片上，並在1000-2000倍之高聚光下分別達到 26.2% 及 25.0% 的 轉 換 效 率 ， 而 就 其 所 知 當 時 最 高 的 單 接 面 太 陽 能 電 池 為 1988-1990年間美國桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories, SNL）所提 出，而最終其轉換效率在1000倍太陽時可達26.1%。圖1-6為反相指狀電極樣式。

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 Y. Sakurada et al., Appl. Phys. (2011) [9]

2011 年 ， Y. Sakurada 團 隊 利 用 等 效 電 路 模 型 ， 於 三 接 面 太 陽 能 電 池 InGaP/InGaAs/Ge計算以及量測溫度變化對於電壓的影響，根據其團隊研究的成 果可知，當溫度上升時電壓會隨之下降，使填充因子降低，而此結果乃符合半導 體之公式𝑉_𝑜𝑐 = ^𝑛𝑘𝑇_𝑞 𝑙𝑛⁡(^𝐼_𝐼^𝑝ℎ

𝑜 + 1)。圖1-7和圖1-8為聚光型太陽能電池在不同溫度下 將影響IV量測時的電壓。

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圖1- 1 四種不同樣式之電極圖形 [4]

圖 1- 2 不同電極圖形-損耗 vs 聚光倍率 [4]

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圖 1- 3 傳統型柵狀電極與 inverted square 之 [5]

圖 1- 4 傳統型柵狀電極與 inverted square 之串聯電阻比較 [5]

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圖 1- 5 漸變化柵狀電極與 Inverted Square 示意圖 [6]

圖 1- 6 Carlos Algora 團隊製作的 Inverted square 電極 [8]

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圖 1- 7 I-V 曲線(InGaP/InGaAs/Ge 三接面太陽能電池, Suns=1) [9]

圖 1- 8 I-V 曲線(InGaP/InGaAs/Ge 三接面太陽能電池, Suns=14) [9]

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