第一章 簡介
人類對於地球能源危機意識的抬頭，可回溯至 1973 年的石油危機，當 時石油輸出國組織(Organization of the petroleum exporting countries，OPEC) 為因應國際情勢，宣佈石油暫停出口，造成原油價格由每桶 3 美元大幅上 漲超過 13 美元。至此之後，為了避免能源危機再度發生，世界各國無不積 極致力於能源開發，找尋其他如太陽能、風力、水力、核能和生質能等，
以代替石油能源。近年來由於環保議題備受關注，綠色能源更為人們重視，
其中又以零污染、含量充沛且不受壟斷的太陽能源為開發重點。
太陽光穿透大氣層，達地表輻射能量換算成電力約為 kW，
即每秒的輻射能相當於燃燒 500 萬噸煤礦所產生的能量[1]。此種取之不盡 的能源，在 1950 年代由美國的貝爾實驗室(Bell Laboratory)首先開發出來，
雖然當時轉換效率只有 6%[2]，對人類而言卻是極大的貢獻。隨著半導體製 程的進步，現今太陽能電池材料大致可分為矽晶(Crystalline Silicon)、非晶 矽(Amorphous Silicon)、化合物半導體(Compound semiconductor)、染料分子 (Dye molecules)、以及有機薄膜半導體(Organic thin film semiconductors)等。
目前工業技術上仍以單晶矽及非晶矽為主。矽晶太陽能電池具低成本 及生產技術成熟的優勢，目前轉換效率約可達 10~24 %；而非晶矽雖然為直 接能隙(direct-bandgap)材料，其照光衰退等問題使其效率約只有 5~10%。在
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半導體化合物的太陽能電池方面，除直接能隙吸收效率高，藉由濃度來調 變能隙大小亦為其特點。雖轉換效率僅有 10%，但作為薄膜太陽能電池，
對日後成本降低及撓曲面板發展上，都是富潛力的材料。近年來，許多團 隊為了增進轉換效率，研發出不同結構的太陽能電池，包括多接面太陽能 電池(Multi-junction solar cell)或是中間能帶太陽能電池(Intermediate band solar cell) 等 [3] 。 其 中 在 2011 年 ， 美 國 國 家 再 生 能 源 實 驗 室 (National Renewable Energy Laboratory，NREL)更將激子倍增技術(Multiple exciton generation)運用至量子點太陽能電池(Quantum dots solar cells)中，聲稱其轉 換效率將提升傳統太陽能電池效率的 35%[4]。
披覆銻砷化鎵(GaAsSb)應變減低層(strain-reducing layer)的砷化銦(InAs) 量子點(quantum dot，QD)在近年來受到許多關注。由於披覆 GaAsSb 有釋 放 量 子 點 應 變 (strain relaxation) 以 及 抑 制 量 子 點 在 長 晶 過 程 中 的 分 解 (decomposition)兩項優點，使其較傳統直接披覆砷化鎵(GaAs)的量子點更適 合於長波長的應用。另外，掺入 Sb 原子將提升元件熱穩定性(thermal stability)[5]，對實際應用上有正向幫助。然而當披覆層中 Sb 含量大於~14%
後，將使得 InAs-GaAsSb 介面形成第二型能帶排列(type-II band alignment)，
造成電洞與電子在空間上的分離，也導致吸收及放光效率的急遽下降[5][6]。
此項缺點是此材料在近年來受到廣泛討論與最急需解決的問題。
本論文討論兩種不同太陽能電池材料的載子動力學：第一部份為披覆
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銻砷化鋁鎵(AlGaAsSb)層的 InAs 量子點。利用鋁參雜調變價帶能隙差 (Valence band offset，VBO)來修補電子電洞波函數重疊率低的問題。透過光 激螢光光譜及時間解析光譜等量測，觀察電子電洞波函數重疊率的變化。
第二部份樣品為銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池。經由不同轉換效率樣品中的 發光強度和載子生命期分析，觀察效率與二者關連，並利用關連性建立光 學元件檢測方法。另外我們利用改變功率下的時間解析光譜，了解載子受 p-n 二極體電場之影響。
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