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 CdTe 量子點塗佈
圖 4-1-1 CdTe 塗佈於單晶矽電池試片圖 (3.85×10-3M)
從 SEM 影像圖中我們可以發現，雖然 CdTe 粒子本身有些許的聚 集，但其整體在單晶矽太陽能電池表面上的塗佈顯得相當均勻密
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集。接下來則以序列稀釋的方式配不同濃度的 CdTe 量子點溶液，並 塗佈於電池試片上。
4-1-1 電性量測表現
圖 4-1-2 比較不同 CdTe 劑量在光電效率及短路電流密度增益
探討不同 CdTe 量子點的濃度對於電池表現的效率如圖 4-1-2。
可發現到量子點溶液的濃度提高，電池的轉換效率、電流密度也隨 之上升。其中電池的轉換效率與電流密度呈現正相關。
細部量測結果分析，如圖 4-1-3、圖 4-1-4、圖 4-1-5 所示，圖中 發現其效率的提升與短路電流密度有關。其餘參數如開路電壓、填充
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因子數據變動不大。推測原因是在短波長發生了光轉移的效果，所以 增加的部分為光轉移的量，因此整體效率改變的地方集中在電流值的 表現上。
圖 4-1-3 3.85×10-3M 塗佈前後的電性量測
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圖 4-1-4 1.93×10-3M 塗佈前後的電性量測
圖 4-1-5 9.5×10-4M 塗佈前後的電性量測
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4-1-2 反射率量測表現
圖 4-1-6、圖 4-1-7、圖 4-1-8 為沉積不同濃度 CdTe 量子點溶液 塗佈前跟塗佈後在反射率上的表現。可發現反射率下降的區域集中 在 300nm 到 400nm 波長範圍與 CdTe 量子點的吸收波長重疊；反射 率下降的區域面積隨著塗佈濃度上升而增加，代表 UV 光被大量的 CdTe 量子點吸收，所以反射率較低。此外因為 CdTe 量子點粒徑小，
產生散射效應，所以在可見光的區域反射率並沒有明顯上升，有一 些塗佈後的單晶矽太陽能電池還有些微的下降。推測原因是因為奈 米粒子造成光散射而降低可見光波段的反射率。
圖 4-1-6 3.85×10-3M 塗佈前後的反射率量測
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圖 4-1-7 1.93×10-3M 塗佈前後的反射率量測
圖 4-1-8 9.5×10-4M 塗佈前後的反射率量測
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4-1-3 外部量子效率量測表現
為塗佈不同濃度的 CdTe 量子點的單晶矽太陽能電池在外部量子 效率上的最佳反應結果。因為在實驗的過程中有更換外部量子效率 量測機台的矽校正片，所以改取另一片單晶矽的太陽能電池(無做任 何光轉換處理)，來當作對照組比較。可從中發現其量測圖譜，在 UV 區域確實有提升，尤其是在 300nm-450nm，證明 UV 光有達到光轉 移的效果，提升其量子效率。在可見光的部分增益推測是因為奈米 粒子光散射的特性，額外增加了光吸收的量。
圖 4-1-9 塗佈不同 CdTe 濃度在外部量子效率的表現
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4-2 平面結構下金屬螢光增益
為了進一步使無機螢光材料 Ba2SiO4:7%Eu2+的發光效率提升，後 來考慮到使用金屬增益螢光的方式。我們嘗試先把無機螢光材料 Ba2SiO4:7%Eu2+沉積於切割過的矽晶圓中，再以電漿輔助化學氣相沈
積(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)在其上
長不同厚度
SiO2為介電層，最後再以旋轉塗佈方式塗上奈米銀粒- 64 -
圖 4-2-1 實驗樣品結構的示意圖，phosphor 代表 Ba2SiO4:7%Eu2+
圖 4-2-2 本實驗樣品的 SEM俯視圖及其 EDS 訊號
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圖 4-2-3 本實驗樣品的 SEM剖視圖 (沉積的SiO2厚度為 100nm)
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圖 4-2-4 本實驗樣品的 EDS Mapping 圖(沉積的SiO2厚度為 100nm)
淡藍色線代表氧元素、紅色線代表矽元素、紅藍色線交錯的距離代表二氧 化矽的實際厚度
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4-2-1 光激發螢光光譜(PL)的探討
以 396nm 的雷射光源進行激發，進行光激發螢光光譜的量測。
如圖 4-2-5，放光的波峰主要集中在 505nm，其中又以 10nm、15nm、
20nm 的 SiO2厚度放光最強，約為單純塗佈螢光粉的放光強度 3 倍。
在 SiO2厚度介於 5nm-20nm 之間，螢光的放光強度隨著 SiO2厚 度增加而增強；然而當 SiO2厚度為 60nm 及 100nm 時螢光的放光強 度隨著 SiO2厚度增加而衰減。推測其原因可能是因為 SiO2過厚而導 致金屬螢光增益的效應受到限制。本結果也與文獻[26]中，呈現相似 的結果。
圖 4-2-5 不同 SiO2厚度下光致螢光發光光譜(PL)
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4-2-2 時間解析光激螢光的探討(TRPL)
以 TRPL 對試片做螢光之平均生命週期(Lifetime)的測量，如圖 4-2-6 ，並以文獻中[27]、[28]提供的公式，去分析。
其中 t1 為螢光生命週期，A1 為為強度因子，之後再取平均。
故可得平均生命週期在溫度 300K 波長 505nm 時，不同試片之 平均螢光生命週期。其中圖中 P 代表無機螢光材料 Ba2SiO4:7%Eu2+單 純塗佈於矽晶圓上，無做金屬螢光增益的處理。量測出的數據也與 文獻的數值相接近。分析隨著厚度的漸增，螢光生命期也越短，呈 現輻射衰減速率越大。然而當達到 40nm 以上時螢光的生命期就沒有 太大的變化，推測其原因可能是隨著距離拉長共振能量轉移的效應 就不明顯。在 20nm 的距離以下，金屬的表面電漿所形成之電磁場增 強效應明顯，螢光放光強度也較強。
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圖 4-2-6 不同試片 TRPL 生命週期差異比較(P 代表矽晶圓上只塗佈無機螢 光材料 Ba2SiO4:7%Eu2+ 無做電漿輔助化學氣相沈積及無塗佈銀粒子；5nm 代表 代表矽晶圓上塗佈無機螢光材料 Ba2SiO4:7%Eu2+ 後做電漿輔助化學氣相沈積及 塗佈銀粒子，表格上方的紅點代表所對應的平均時間)
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面上的分散性顯得相當均勻。接下來則以序列稀釋的方式配不同濃 度的 Ba2SiO4:7%Eu2+溶液塗佈於單晶矽電池上，並進一步分析其電性。
圖 4-3-1 Ba2SiO4:7%Eu2+塗佈於單晶矽電池試片圖 (濃度參數 3mg/ml)
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4-3-2 電性量測表現
探討不同濃度對於電池表現的效率如圖 4-3-2。可發現到無機螢 光粉 Ba2SiO4:7%Eu2+的濃度最佳值為 2mg/ml，電池的轉換效率增加 0.19%、短路電流密度增加 0.323 mA/cm2；然而當濃度增為 3mg/ml 時，電池的轉換效率、短路電流密度則是呈現衰減。其中電池的轉 換效率與短路電流密度呈現正相關。
圖 4-3-2 比較不同 Ba2SiO4:7%Eu2+劑量在光電效率及短路電流密度增益 電性量測結果分析，如圖 4-3-3、圖 4-3-4、圖 4-3-5 所示，開 路電壓 Voc、填充因子 FF 皆沒有太大的改變。原因在於無機螢光材
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料只針對光轉移的部份做改善，所以增加的部分為光轉移的量，因 此整體效率改變的地方集中在電流值的表現上，對於開路電壓跟填 充因子不會有太大的影響接著我們將透過量測反射率，來分析其在 光電效率及短路電流密度上提升的原因
圖 4-3-3 3mg/ml 塗佈前後的電性量測
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圖 4-3-4 2mg/ml 塗佈前後的電性量測
圖 4-3-5 1mg/ml 塗佈前後的電性量測
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4-3-3 反射率量測表現
圖 4-3-6、圖 4-3-7、圖 4-3-8 為試片塗佈前後之反射率圖譜。
我們推測當濃度為 3mg/ml 時，高濃度 Ba2SiO4:7%Eu2+在吸收大量紫 外光後所放出的可見光，無法彌補可見光波段反射造成的損失，所 以造成電池片效率提升效果不佳。另一方面，當濃度為 1mg/ml 時，
雖不會像高濃度時吸收大量紫外光，但因為濃度過低，不足以達到 有效濃度，因而造成效率提升效果不佳。而濃度為 2mg/ml 時，因為 其吸收的紫外光量對於電池片的影響較低，且同時放出適量的可見 光，進而造就了最佳的效率提升效果。所以由反射率圖譜及電性量 測的結果，我們選定了 2mg/ml 為我們接下來的實驗塗佈參數。
圖 4-3-6 3mg/ml 塗佈前後的反射率量測
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圖 4-3-7 2mg/ml 塗佈前後的反射率量測
圖 4-3-8 1mg/ml 塗佈前後的反射率量測
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4-3-4 添加奈米 Ag 表面電漿增益之電性量測表現
接下來我們做三片相同 Ba2SiO4:7%Eu2+的塗佈濃度(2mg/ml)，並 以電漿輔助化學氣相沈積(Plasma-Enhanced Chemical Vapor
Deposition)在其上長不同厚度
SiO2為介電層，最後再以旋轉塗佈方 式塗上奈米銀粒子。其結構的示意圖如下圖 4-3-9 添加奈米 Ag 表面電漿增益螢光於電池表面之結構示意圖
詳細的電性量測如表格 4-3-1， p 代表螢光材料
Ba2SiO4:7%Eu2+ ；Cell 代表單純單晶矽太陽能電池；Cell/p/20nm 代表 單晶矽太陽能電池塗佈螢光材料之後沉積 20nm 的二氧化矽；
Cell/p/10nm/Ag 代表單晶矽太陽能電池塗佈螢光材料之後沉積 10nm 的二氧化矽並塗佈上奈米銀粒子。效率增加最多的階段主要來自於 沉積二氧化矽之後，推測原因是二氧化矽的造成漸變折射(折射率 1.5) 增加了光的吸收，也有可能是 PECVD 的過程 300℃之後降溫過程而 達到退火的作用。而塗佈上銀粒子之後對於效率的增益相對微弱，
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2mg/ml cell cell/p cell/p/10nm cell/p/10nm/Ag Voc 0.62 0.62 0.62 0.62
Jsc 43.20 43.22 43.75 43.80 FF 0.68 0.68 0.69 0.69 Efficiency 18.29 18.44 18.66 18.69
2mg/ml cell cell/p cell/p/15nm cell/p/15nm/Ag Voc 0.61 0.61 0.61 0.61
Jsc 42.96 43.10 43.83 43.86 FF 0.68 0.68 0.68 0.68 Efficiency 18.17 18.38 18.66 18.70
2mg/ml cell cell/p cell/p/20nm cell/p/20nm/Ag Voc 0.60 0.60 0.60 0.60
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圖 4-3-10 比較實驗製程不同階段下對於效率及短路電流密度上的表現(10nm)
圖 4-3-11 比較實驗製程不同階段下對於效率及短路電流密度上的表現(15nm)
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圖 4-3-12 比較實驗製程不同階段下對於效率及短路電流密度上的表現(20nm)
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4-3-5 添加奈米 Ag 表面電漿增益之反射率量測表現
圖 4-3-13、圖 4-3-14、圖 4-3-15 為試片製程不同階段之反射率 圖譜。塗佈完螢光粉 Ba2SiO4:7%Eu2+之後在 300nm-400nm 的反射率 確實有下降，可見光的波段會有所上升。
電漿輔助化學氣相沈積
SiO2為介電層後，又會再明顯降低光的反射率，SiO2的折射係數約為 1.4~1.5，而原先抗反射層 Si3N4折射率為 2.01，所以推測漸變折射的 作用造成抗反射效果。塗上奈米銀粒子之後，奈米銀粒子又會些許 降低反射率，如圖 4-3-15 推測是因為入射光波長在金屬的消光波峰 範圍內，如圖 1-4-7，產生強烈的光吸收跟光散射。然而因為螢光粉 Ba2SiO4:7%Eu2+塗佈的量很稀疏，所以導致降幅受限。
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圖 4-3-13 製程不同階段的反射率量測
圖 4-3-14 製程不同階段的反射率量測
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圖 4-3-15 製程不同階段的反射率量測
- 85 - 效率確實有上升，但可見光的波段 700nm-1000nm 會有所下降。跟 反射率圖譜相對照之下，推測是因為螢光材料在可見光波段有造成 部分反射，而導致外部量子效率些微下降。在電漿輔助化學氣相沈
積(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)長
SiO2為介電層 之後又會再明顯提升外部量子效率，尤其是長波長的可見光波段 SiO2- 86 -
奈米銀粒子塗佈在不同厚度 SiO2之後，SiO2厚度 10nm、20nm 在 300nm-400nm 的外部量子效率提升的幅度都比SiO2厚度 15nm 來的 少；推測原因可能為 SiO2厚度 15nm 的參數下達到金屬螢光增益的 效果，比 SiO2厚度 10nm、20nm 參數下來的多。
圖 4-3-16 製程不同階段在外部量子效率的表現
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圖 4-3-17 製程不同階段在外部量子效率的表現
圖 4-3-17 製程不同階段在外部量子效率的表現