元件技術
奈米能源與光電技術
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若以目前而言，各種再生能源中包括：太陽能、水力發電、風力發電和燃料電池和離電池等，僅太陽能電池為一種將太陽光直接轉換為電能之光電元件，一旦當石油枯竭，最直接能夠應用在一般日常生活所需的能源，然而，太陽能僅佔所有能源來源 0.03%。太陽能無疑是最大無碳能源的供給來源，太陽一年約產生1.76×10^5 兆瓦，其中僅 600 兆瓦照射到地球表面上可供使用。然而，目前矽晶太陽能電池 (Crystalline silicon solar cells) 的發電成本相對於石油發電而言尚過於昂貴 ($3.5/W) 。若太陽能電池技術持續發展，其發電成本可逐年降至 0.5$/W以下，其成本等同於現行火力發電的成本，屆時全球的能源形態將會發生一重大的革命性改變。 |
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由於歐、日、美等國家強力的能源補助政策催生下，促使矽晶太陽能電池需求大增，而造成目前矽晶太陽能電池原料嚴重缺貨。第二代太陽能電池(Generation II solar cells)的首要目標為降低電池材料成本，因此具有低原料需求、節省材料成本、重量輕、可大面積製造，甚至可撓曲的特性等優點的薄膜太陽能電池正是目前國際間各太陽能電池大廠與研發團隊積極發展的一大目標。2007年全球太陽能電池市佔率統計，矽晶太陽能電池約佔87.4%，薄膜太陽能電池約佔10.4%。由於矽材料較易取得且環保，再則矽基(Silicon based)元件的製造與設備技術十分成熟，因此，預估至2050年全球矽基太陽能電池市場仍可維持80%的市佔率。 |
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異質接面矽基高效能太陽能電池是上矽基板上成長高品質的異質薄膜形成異質接面，用以取代傳統的POCl3爐管所產生的pn junction。此異質薄膜可以是a-Si、SiGe、或者是a-SiO等材料，由於不同材料有不同的能隙，因此藉著發展能帶工程化之異質接面多層薄膜，可以增加有效吸收太陽光波段，或利用各種薄膜在表面的鈍化效應，以增加載子的收集率，預期可大大的提高太陽能電池效率。而日本三洋發展之具a-Si/c-Si 結構(heterojunction with intrinsic thin layer (HIT))之異質接面矽基高效能太陽能電池便是此結構的代表，其轉換效率已超過22%。因此，基於矽基太陽能電池的高市佔率，及快速提升的薄膜成長技術，我們希望以異質接面矽基高效能太陽能電池為方向，來研發出高轉換效率、高經濟價值的新型太陽能電池。 |
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目前研究者皆正致力於第三代太陽能電池的發展，研究方向指向與半導體製程相容之矽基奈米技術，因此，量子太陽能電池 (quantum-dot solar cell) 被期待成為第三世代之太陽能電池，因為唯有引進矽基奈米技術(Si-based nano-technology) ，利用奈米結構之光吸收可調性與高光電轉換效率，才有可能發展出具有市場競爭力的太陽能電池。我們研發計畫提出之 Silicon-based thin film( 包含 : a-Si, poly-Si, nanocrystals-Si 薄膜光電轉換作動層 (active layer)) with vertical P-I-N photo-voltaic solar cell 結 構， 具有不錯之光電轉換效能 (photo-voltaic efficiency) 。並 且， 此發明之方法可以利用 CVD 直接來形 成， 因此可於低溫製造並且具有 Nanocrystals-Si thin film 奈米結構的光電轉換作動層 (active layer) ，將極適合用於晶片與薄膜混合型異質接面矽基高效能太陽能電池應用。 |
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為了達到太陽能電池吸收全頻太陽光的目標，可以分別將具有不同能隙的矽材料以疊層 (Tandem) 方式來製造新式矽薄膜太陽能電池，利用更多不同能隙材料的組合就可吸收更多的太陽光能。因此本組將以矽奈米薄膜製造晶片型高效率太陽能電池，如下圖 所示。電池基板以矽基板為主；在矽基板上沈積高能隙 (Energy band gap)的矽奈米薄膜，表層再沈積透明導電膜，背表面有著背表面電場。最終目標為發展新的矽材料製程技術，新世代電池的光電功率轉換效率 (PCE) 可達 23% 以上的太陽能電池。 |
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