此章節開始針對各主題所設定的實驗參數，呈現其最佳的實驗結果，並逐一 做出分析及討論。
4-1 主題（一）奈米粒子 Silica
主要為利用奈米粒子的散射機制，提升電池的光補獲特性。藉由實驗不同尺 寸的奈米粒子、劑量等等參數，來有效達到最佳的散射表現，進而提升電池效率。
實驗示意如圖4-1 所示。
4-1-1 均勻奈米粒子塗佈
奈米粒子懸浮液的濃度，由於考量需在試片面積15cm2上達到完全覆蓋，所 以最佳的濃度設定為10wt%。至於界面活性劑的比例，經由反覆測試後，發現在 乙二醇/乙醇/去離水呈 35：35：30 的體積百分率比例時，分散性可達到最佳狀態。
過度沉積奈米粒子於電池表面，勢必會造成光反射率的提升。因此我們先在 平面上抓到均勻塗佈單層奈米粒子的參數，最後旋塗出來的最佳塗佈參數為：
350rpm, 60s → 3500rpm, 30s，結果如圖 4-2 所示。此圖呈現的是 250nm 二氧化矽 粒子在平面上單層塗佈的結果。本實驗中所使用不同大小的奈米粒子皆可應用此 參數達到最佳的單層塗佈效果，但仍會有些許的差異。
接著將這樣的塗佈參數，應用於具有粗糙化表面的多晶矽電池試片，結果如 圖4-3 所示。可由圖 4-3 觀察得知，粗糙化表面由於高低起伏的關係，所以很難 完全達到單層奈米粒子的分佈情形，但是藉由上述在平面塗佈的參數調整，已能 有效降低過多奈米粒子的殘留。
4-1-2 奈米粒子劑量
奈米粒子懸浮液的劑量決定了覆蓋率的參數，而覆蓋率則決定了單位面積所 沉積的奈米粒子數，即為粒子密度。從Yu. A. Akimov 團隊於 2010 年所發表的文 章“Nanoparticle-enhanced thin film solar cells: Metallic or dielectric nanoparticles?＂
[98]中可了解，粒子覆蓋率會影響介電係數（Re[ε(ω0)]），而這個值會反應在光
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散射的強度上。不同粒子覆蓋率所造成的光散射強度也不同。從文章中的模擬結 果可看出，二氧化矽的粒子覆蓋率達到80%時，會有最佳的效率提升反應。所以 藉由塗佈不同奈米粒子懸浮液劑量，來產生不同的散射強度結果，相信也可以對 既有電池試片的效率表現，產生不同的提升幅度。本實驗設定的劑量區間為（100、
250、500、1000μl ），希望能藉由劑量的參數調整，抓出各式粒子其最佳粒子 密度的散射強度。
藉由各個劑量的溶液比重，來求出不同劑量下溶質（奈米粒子）的總重量，
在除以單顆小球的重量，即可以反推出各個劑量下的球體數目。表4-1 呈現不同 劑量與不同大小奈米粒子的球體數量結果。由於粒子皆為使用旋轉塗佈法來沉積，
因此在旋塗的過程中，就會將大量的懸浮粒子溶液甩出，因此利用上述方法所推 估的粒子數，仍會與實際沉積的量有所差異。所以使用此四個注入劑量參數，只 是想比較出四個不同的粒子數層級，進而觀察其變化的情形。
表4-1、 估算各奈米粒子在各個劑量下塗佈於電池試片上的粒子數目
圖4-4 呈現出不同劑量跟不同尺寸的奈米粒子，在電池效率上提升的情形。
圖中曲線已經是由所有實驗組當中平均出來的提升結果。可從圖中觀察出，各式 奈米粒子皆在劑量250μl，達到最佳的效率提升表現。而且提升幅度與粒子大小 成反比關係，原因在於散射強度跟表面分佈的差異。100nm 的粒子，由於球體較 小，所以相同劑量下，其粒子密度較其它尺寸來的大，因此達到的最佳散射強度 也最強，又因為粒子較小，所以排列上也較均勻（較不影響原本試片的反射率）， 因此提升的效率也較其它兩種尺寸的奈米粒子來的高。然而，在超過了最佳粒子 密度後，可發現到試片的整體效率下降，因為此時的粒子數以過度填補了表面抗 反射的粗糙化結構，造成反射率提升及白化的表面特徵。圖4-5 呈現出不同大小
Dose/Size 125μl 250μl 500μl 1000μl
100nm 1.13E+12 1.76E+12 2.51E+12 4.02E+12 250nm 7.24E+10 1.13E+11 1.61E+11 2.58E+11 500nm 9.05E+09 1.41E+10 2.01E+10 3.22E+10 (/cm2)
奈米粒子，
明顯的為塗 粗糙化抗反
。
圖
在劑量100 塗佈 500nm
反射結構，造
圖4-1 (a)
00μl 時，於 粒子的電池 造成整體效
)奈米球分佈
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於多晶矽粗 池試片，可 效率不升反降
佈於多晶矽
粗糙化表面過 可觀察出奈米 降，而其它
矽表面俯視圖
過度沉積的 米粒子已過 它試片亦有
圖(b)側視圖
的情形，其中 過度填補並破 有效率損失的
圖
中最 破壞 的趨
圖
圖4-3
圖4-2 平面
奈米球塗佈
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面上塗佈單
佈在多晶矽
單層奈米球圖
矽粗糙化表面 圖
面俯視圖
圖
同粒 為Silica Nan
I-V 電性表
由公式可 gh Order Dip σ 也會越大
1-5 外部量
由於量測 確實達到
p-圖4-8 為沉 量測圖譜，幾 件內，讓
p-圖4-8 沉積
量子效率表 測反射率的結
-n 介面被元 沉積不同奈 幾乎與反射 -n 介面能更
積各式奈米 表現
結果，只能初 元件所利用 奈米粒子在外 射率結果相同 更有效地進行
米粒子在多晶
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初步證實入
，則需透過 外部量子效 同，證明入 行光電轉換
晶矽電池試
入射光可被奈 過量測外部量 效率上的最佳 入射光確實能
換步驟，因而
試片表面上
奈米粒子補 量子效率來 佳反應結果 能夠被奈米
而提升量子
，量子效率
補獲，但是否 來證明。
果，可從中發 米粒子散射進
子效率。
率表現比較圖 否能
發現 進入
圖
4-2
驟，來有效
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4-2-2 混合法-蜂巢式結構
將奈米粒子與醋酸鋅溶液互相混合，藉由改變添入的醋酸鋅克數，來有效調 控蜂巢式結構的形成。添入醋酸鋅的量設定為1.875 到 7.5g。經由旋轉塗佈的方 式來進行沉積此混合液的步驟。最後再透過上述的升溫模式來有效形成蜂巢式結 構。
圖4-11 為不同轉速下，將 250nm 聚苯乙烯粒子添入 7.5g 醋酸鋅的混合液，
沉積反應於單晶矽表面的結果。旋塗得初速皆設定為 350rpm, 60s，目的在於使 混合液能先達到一個最佳的平衡狀況，使其分佈較均一。而末速則分別設定為（a）
2500rpm, 30s（b）3500rpm, 30s（c）4500rpm, 30s。從圖 4-11 可看出，添入 7.5g 醋酸鋅於 250nm 粒子混合液的實驗結果，呈現過厚且結構大多被氧化鋅包覆的 情形，即使將轉速調快至4500rpm，其結果仍顯示有過多的氧化鋅結構堆積。因 此我們將添入的醋酸鋅克數調降至3.75g，如圖 4-12 所示。發現最後呈現的結構 較為明顯，雖然仍有些許氧化鋅包覆的情形發生，但已可看出粒粒分明的結果，
不存有像圖 4-11 那般完全被覆蓋的情形。因此，接著我們將這樣的參數應用於 100nm 跟 500nm 的粒子，觀察其結構變化的情形。
由圖 4-13 可看出，經由控制不同的旋塗轉速，可使不同尺寸的粒子形成不 同的表面結構。其中最似蜂巢式結構的圖案，應是如圖 4-13（d、e、f）所示。
但仍有過度氧化鋅殘留的問題。附帶一提，SEM 圖由於只是呈現其表面型態，
所以在觀察倍率上皆沒有統一，目的只在於方便分辨其型貌而已。
經由圖4-11、4-12、4-13 的觀察，可發現混合法存有一個嚴重問題，就是會 發生氧化鋅過度包覆奈米粒子的情形，由於醋酸鋅溶液與奈米粒子混合後，就已 經將粒子充分地包覆住，所以即使透過後來的加溫步驟，仍形成類似像空心圓球 的結果，隨著粒子愈小，形成空心圓球的比例就愈大。即使是經由粒徑 500nm 粒子所形成較為完整的結構，仍存有過度氧化鋅殘留問題。
圖4
圖4
4-11 添入
4-12 添入
入7.5g 醋酸鋅 來的結果。
入3.75g 醋酸 來的結果。
鋅於250nm
。（a）2500r
酸鋅於250n
。（a）2500r
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m 聚苯乙烯 rpm（b）3
nm 聚苯乙烯 rpm（b）3
烯粒子混合液 3500rpm（c
烯粒子混合 3500rpm（c
液，在不同 c）4500rpm
合液，在不同 c）4500rpm
同轉速下反應 m
同轉速下反應 m
應出
應出
圖4
ycomb Stru 們將用混合法 0nm_ 3500r 00rpm（e）
法完成的試 有試片表現 片，也存在 ucture Layer 法完成的試 500rpm
發現這樣的
，雖然這樣的 限制在蜂巢 助，反而造
圖4-14
圖4-15
的結構會有 巢式結構中或 造成原有試片
利用混合法
利用混合法
有良好的抗反 或是將其吸 片對入射光
法，比較不
法，比較不
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反射效果，
吸收，所以對 光吸收的損耗
不同尺寸的蜂
不同尺寸的蜂
但其低反射 對整體電池的 耗，使得整
蜂巢式結構
蜂巢式結構
射的表現意 的光電效率 整體效率下降
構在光電效率
構在反射率上
意義只是將入 率表現沒有正
降。
效率的表現
率上的表現 入射 正面
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4-2-3 逐次旋塗法-蜂巢式結構
將奈米粒子跟醋酸鋅溶液逐次旋塗至單晶矽電池試片表面，藉由改變醋酸鋅 溶液的莫耳濃度跟旋塗轉速，來有效調控蜂巢式結構的形成。醋酸鋅莫耳濃度設 定從 0.05 到 0.30M。經由旋轉塗佈的方式來進行逐次旋塗的步驟。最後再透過 上述的升溫模式來有效形成蜂巢式結構。其結果呈現如圖4-16。
圖 4-17 為相同轉速下，比較醋酸鋅莫耳濃度跟粒子尺寸在不同條件下所形 成的蜂巢式結構圖，裡頭各SEM 圖分別代表：（a）100nm_0.05M（b）100nm_0.1M
（c）100nm_0.15M（d）250nm_0.10M（e）250nm_0.15M（f）250nm_0.2M（g）
500nm_0.15M（h）500nm_0.2M（i）500nm_0.3M，可從 SEM 圖發現，當抓到各 式粒子最佳的醋酸鋅莫耳濃度時，則可形成各式尺寸的完整蜂巢式結構圖型，且 不存有氧化鋅過厚跟過多的殘留問題。因此我們設定對不同粒子的最佳對應醋酸 鋅莫耳濃度為：100nm_0.05M，250nm_0.1M，500nm_0.15M。
接著我們把用逐次旋塗法完成的最佳結構試片，進行光電效率的量測分析，
發現呈現完整蜂巢式結構試片，皆有提升光電效率的趨勢，如圖 4-18 所示。證 明透過此法所形成的蜂巢式結構，能有效將入射光導入元件內部，並增加光電流 的產生，使得改善既有元件效率。
圖4-19 為 100nm 蜂巢式結構的電流電壓表現圖，圖內表格為比較各尺寸蜂 巢式結構的電性參數值。跟主題（一）的情形相同，由於皆是製作表面結構使其 光入射量提升，所以改變的幅度皆與電流有關，對於其它電性參數則沒有太大影 響。可發現效率提升的比例與形成的蜂巢式尺寸成反比關係。接下來則開始進行 反射率跟外部量子效率的分析比較。
圖4-19 為 100nm 蜂巢式結構的電流電壓表現圖，圖內表格為比較各尺寸蜂 巢式結構的電性參數值。跟主題（一）的情形相同，由於皆是製作表面結構使其 光入射量提升，所以改變的幅度皆與電流有關，對於其它電性參數則沒有太大影 響。可發現效率提升的比例與形成的蜂巢式尺寸成反比關係。接下來則開始進行 反射率跟外部量子效率的分析比較。