總結

此章節中，我們將會把前述的實驗結果在此做一總整。以利能更清楚表達所 有研究的成果。

5-1 各研究主題結論總整

5-1-1 主題（一）奈米粒子 Silica

（1） 透過介電質二氧化矽奈米粒子的光散射特定，確實能夠做到抗反射 跟光吸收的改良。我們調控了不同尺寸的粒子跟劑量，藉由效率的 變化，來有效抓出其最佳的參數。

（2） 經由我們實驗的結果顯示，沉積劑量在 250μl 的 100、250、500nm 粒子試片，在電池效率增幅的表現分別為 1.3、0.85、0.5% 。改變 的因素皆為電流提升，增加的短路電流密度分別為 1.3、0.9、

0.6mA/cm²。當沉積的劑量超過此最佳設定值時，由於奈米粒子過度 填補原有試片的抗反射結構，所以造成高反射的表現，進而損耗掉 原有試片的效率。

（3） 藉由量測反射率圖譜分析，可了解到不同粒子的散射強度皆不相同。

大粒子雖可產生較大的散射強度，但愈大的粒子對既有電池表面結 構也易造成過度填補的問題，因而產生高反射率的表現。小粒子雖 然散射強度較差，但對整體結構而言卻較匹配，從SEM 跟反射率的 觀察中可了解，沉積小粒子的表面分佈，主要呈現均勻的六方緻密 堆積型態，不存有大粒子過度填補既有電池表面結構的情形，所以 在反射率的表現呈現優於其它粒子的效果。

（4） 外部量子效率的實驗結果，可證實入射光確實能有效經由奈米粒子 散射進入試片，而不是被局限於表面結構當中。其結果與粒子的反 射率圖譜相呼應，所以可更加的確信透過光散射機制，確實提升了 元件吸收入射光子的數量。

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5-1-2 主題（二）奈米蜂巢式結構 Honeycomb

（1） 透過奈米級蜂巢式抗反射結構，確實能夠降低既有電池試片的反射 率表現。經由奈米球微影技術，我們調控不同粒子尺寸，來形成不 同大小的蜂巢式結構，並製程在單晶矽電池試片的粗糙化表面，最 後藉由量測效率的改變來比較不同尺寸結構的差異變化。

（2） 從電性表現跟反射率的對照，能證明逐次旋塗法比混合法來得更適 合應用於製程奈米蜂巢式結構，原因在於應用此法不會有過多氧化 鋅殘留並造成結構不完整的問題，完整的結構能使入射光更有效進 入元件內部被吸收。由逐次旋塗法的實驗結果可得知，尺寸為100、

250、500nm 的蜂巢式結構，在光電效率提升的幅度分別為 1.0、0.7、

0.4%，改變的因素與主題（一）相同，皆為電流提升，增加的短路 電流密度分別為2.5、1.0、0.5mA/cm²。

（3） 藉由量測反射率圖譜分析，可了解到各尺寸蜂巢式結構的抗反射效 果。此結構所表現出來的低反射率值，可歸因於兩部份，一則為受 光的比表面積，二則為漸進式折射係數的改變。蜂巢式結構的表面 型態類似奈米孔洞，隨著尺寸愈小，其受光的比表面積就愈大，因 此具有較佳的光補獲特性；並且，小尺寸的蜂巢式結構在漸近折射 係數的改變上也較為明顯，使得各波段的光皆能達到最低抗反射特 性，因而使得反射率的表現與蜂巢式結構的尺寸成正比關係。

（4） 外部量子效率的實驗結果，可證實入射光確實能透過此表面結構更 有效的進入試片內部，而不是將入射光局限於表面。蜂巢式結構為 氧化鋅成份組成，所以原本擔心會影響到 UV 光增益的部份，但藉 由觀察外部量子效率的量測結果，可發現幾乎沒有受到材料本身的 吸光特性影響，估計是因為此表面結構具有良好的光補獲及漸近折 射係數的特性，所以能有效的將材料本身吸收的影響因素降至最

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低。

（5） 最後我們透過拉曼、XRD、PL 及 EDS 的光譜量測來進行材料分析，

可藉由XRD 的量測結果判定此蜂巢式結構不具有氧化鋅晶相，並進 一步從拉曼光譜的波數位置來證實其結構晶相與一般單晶塊材氧化 鋅不同，其拉曼結果較類似於奈米氧化鋅晶體。並可從PL 的波譜位 置，觀察到用化學合成法生成氧化鋅的特有訊號，而從EDS 的量測 結果可分析到此結構含有 Zn 跟 O 的訊號。因此，經由以上的量測 結果分析，在製程溫度300℃下，所生成的蜂巢式結構是由非晶型態 的氧化鋅所組成。

5-1-3 主題（三）奈米螢光粉 YVO₄：Bi³⁺：Eu³⁺

（1） 透過沉積奈米螢光粉來進行光轉移步驟，確實能夠提升既有電池試 片在 UV 波段的量子轉換效率。經由比較不同劑量的奈米螢光粉，

來調控不同轉移的光強度，相信不同的光轉移強度在效率提升幅度 上也有所不同。透過量測電池效率的變化，來有效定義出其最佳的 光轉移強度劑量。

（2） 經由我們實驗的結果顯示，沉積劑量 2.5、5、7.5mg/ml 的 YVO4螢 光粉試片，在電池效率增幅的表現分別為 0.3、0.7、0.0%。改變的 因素皆為電流提升，增加的短路電流密度分別為0.7、1.5、0.0mA/cm²。 當沉積螢光粉劑量超過最佳設定值（5mg/ml）時，由於過量的螢光 奈米粒子會造成過度吸收 UV 光的情形，導致破壞電池試片原有的 UV 量子效率。

（3） 藉由量測反射率圖譜，可發現凡是塗佈奈米螢光粉的試片，皆具有 較低的反射率表現，UV 波段的反射率結果與沉積劑量成反比關係，

此低反射率的表現源自奈米螢光粉的自體吸收，大量的螢光粉沉積 於電池表面，造成大幅度的吸光效應，使得此區域的反射率值偏低。

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NIR 的低反射率表現，則是因為奈米粒子的散射特性所造成的結果，

與螢光粉的自體吸光效應無關。此反射率結果證實，塗佈奈米螢光 粉於電池試片表面，並不會影響原有試片的抗反射率表現。而從反 射率圖譜也可顯示出，經由電池的抗反射結構，對於奈米螢光粉所 發散出來得光，具有大量補獲的特性，使其能有效將其轉移出來的 光導入元件裡層吸收。

（4） 外部量子效率的實驗結果，可證明入射光確實能透過此發光材料進 行光轉移機制，使得 UV 波段的量子效率達到最佳的提升表現。並 與反射率圖譜比較得知，過量沉積奈米螢光粉，對於電池的效率提 升沒有幫助，反而損耗了原有電池的量子效率。大量的螢光粉粒子 會吸收掉原本要給予電池試片的UV 光，進而影響到原有電池於 UV 區域的量子效率表現。而 NIR 波段的量子效率提升，歸功於粒子的 光散射特性，此一表現為應用發光粒子材料的額外價值。

（5） 藉由換算量子效率於各波段提升的幅度，可了解到最佳量子效率提 升的波段範圍。經由結果得知，其提升波段正好與發光材料的 PLE 波段相符，證實電池試片的光電效率提升與發光材料的光轉移機制 有關。並透過沉積粒子所造成的多孔性表面特徵，來有效形成漸近 折射係數的改變，使得整體入射的光量得以提升。

5-1-4 結論

本論文的研究方向，一開始為利用奈米粒子進行光散射機制，使其降低原有 試片的反射率，接著衍生應用奈米粒子進行奈米球微影技術，形成奈米級蜂巢式 結構，目標仍是鎖定在改量既有電池試片的抗反射率表現。經由上述兩個研究主 題的實驗分析，我們發現到現今矽晶電池的商業化製程技術，已能大幅度地降低 入射光的反射率表現，因此繼續著墨於降低既有電池反射率的研究，似乎不在存 有發展的價值。

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因此，我們開始將研究方向放到光轉移的機制，將矽晶電池試片浪費掉的 UV 波段，轉移成可被利用的可見光波段，使得既有電池試片的量子效率得以提 升。此研究方向仍具有強大的發展潛力，原因在於矽晶電池片於 UV 跟 NIR 區 域，仍存有大量的光浪費情形，即便是商業化電池試片也存有將近50%的 UV 浪 費，所以若能透過更有效的發光材料，將其成功轉移至矽晶更好吸收的可見光波 段，相信對提升電池效率表現，會有莫大的幫助。

5-2 未來展望

有鑑於此，未來發展的研究方向，我們仍會放在發光材料的光轉移機制上，

藉由測試比較不同放光強度的無機螢光粉，實驗出最佳提升電池效率的試片。

奈米螢光粉的量子效率與摻雜的元素跟表面積的缺陷有關，若要成功提升奈 米螢光粉的發光量子效率，除了從材料端著手外，也可透過外在環境作用力來改 變，例如表面電漿共振效應。目前已有許多專家學者，開始利用奈米金屬粒子來 提升發光材料的量子效率[26, 103, 104]，經由沉積不同劑量的金屬粒子，造成不 同量子效率的提升幅度，進而增加發光材料的放光強度。

因此，我們將未來研究方向分成兩部份延伸：一為利用表面電漿共振效應來 提升螢光粉的發光量子效率，藉此達到提升光電轉換效率的成果。二為利用 Breath Figures 技術，製作更均勻的蜂巢式結構於玻璃或醋酸乙烯共聚物（Ethylene Vinyl Acetate, EVA）的材料表面，因此基材為實際應用於電池封裝模組的材料，

所以若能將材料本身的透光度經由蜂巢式結構來提升，這樣於商業化的應用價值 會更有效益。

現階段，本實驗室已規劃出應用金屬粒子提升螢光粉量子效率的實驗步驟，

首先，我們會將螢光粉先均勻地塗佈在電池試片表面，並考量共振能量轉移的問 題，所以在金屬粒子跟螢光粉之間隔幾奈米的介電材料如二氧化矽，之後則塗佈 不同劑量的金屬粒子，藉此比較出不同電漿共振強度在效率提升上的改變情形。

最後在經由量測材料的PL 時間解析，來有效證實螢光粉確實能與金屬粒子的電