Abstract
隨著地球資源消耗速率之提升，能源開發成為當前首重的課題，由於具備可再生、環保等優點，太陽能電池的研究成為各國關注的焦點。當太陽光入射電池，可激發半導體材料形成電子電洞對，在內建電場的作用下被分離，而由各自的電極導出在迴路上形成電流。由此可知，光電轉換的效率不但深受吸收層材料光學特性之影響，陽光是否能完全進入電池而不被表面反射也是重要的關鍵。因此，了解光電薄膜的光學性質，是改善電池效率的前提。 橢圓偏振技術具有非破壞性、不受限於基材及偵測訊號較不受外界影響之優點，分析自樣品反射極化光的改變，可用以取得薄膜的光學常數。本研究即利用橢圓儀技術，探討目前多應用於太陽能電池的透明導電膜及非晶矽膜的光學性質。鍍製於玻璃基材上的ITO(Indium Tin Oxide)和非晶矽膜(α-Si:H)，量測波長範圍為300 nm~ 1200 nm，利用WVASE套裝軟體進行量測數據與模擬數據的擬合，可求得兩種材料的光學常數。接著我們以橢圓儀技術分析矽薄膜的含氫量與光學常數的變化，找出擬合矽薄膜之最佳模型。 本研究發現ITO薄膜必須使用Cauchy model和Lorentz oscillator model來描述其光學常數之變化，且由於透明基板和高透光率之膜層，須特別考慮背面反射率之校正。非晶矽膜部份，我們使用Parametric Semiconductor model來模擬其光學常數，須考量表面自生氧化層的厚度。由光學常數計算推得光學能隙之位置，可觀察到鍍膜條件不同讓能隙有平移的現象。嘗試使用EMA模型將空孔(void)和矽(Si)之光學常數混合，以模擬含氫矽膜在退火過程中氫含量減少對於光學常數的影響，發現非晶矽膜層隨退火時間拉長而緻密度上升，折射率也有往上升的現象；在微晶矽膜層中，沒有變化規律，光學檢測到達極限。 本研究建立光學性質分析之量測、分析基礎，以利未來使用材料光學常數模擬元件結構之最佳表現。若能使太陽能電池之材料光性、電性達到最佳匹配，便能明確得知改進方向，大幅提升轉換效率。