學位論文
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Item 微/奈米抗反射結構應用於矽晶太陽能電池之研製(2010) 古鎮南; Jhen-Nan Gu目前商用太陽能電池，其抗反射結構大多以隨機金字塔結構，但此結構並無法達到最佳的電池效能。有鑑於傳統太陽能電池的製作方法，對於抗反射效能的提升極為有限，故本研究利用微影技術定義圖案，並搭配光輔助電化學蝕刻(PAECE)之整合技術，在矽晶片表面製作高深寬比的微/奈米抗反射結構。 微/奈米抗反射結構製作於N型矽基板上，當PAECE蝕刻時間為2 hr條件下，可得到具有倒金字塔的形貌外，尚還具有深凹的巨孔洞、微溝渠、黑色薄膜層等四種特殊結構。在390 nm900 nm波長範圍內，空白矽晶片的平均反射率為30.59 %。未經過PAECE蝕刻的倒金字塔陣列，平均反射效率為14.15 %；具倒金字塔陣列再經PAECE蝕刻後，平均反射率可降低為2.21 %。最後利用網印技術去印製上、下電極，完整製作出具有微/奈米複合結構之太陽能電池後，執行電池效能的評估與測試。 本研究所製作完成之電池，在AM 1.5G之太陽光模擬環境下，進行電池I-V特性量測，以比較不同參數下電池之短路電流密度(Jsc)、開路電壓(Voc)、串聯電阻(Rs)、並聯電阻(Rsh)、填充因子(FF)及轉換效率等特性影響。Item 黑色矽巨孔洞陣列結構應用於矽晶太陽能電池之研究(2009) 李幸憲隨著石化燃料日益短缺與環保意識的高漲，人類亟需一種乾淨、無污染的能量來源，以應用於再生能源。太陽光能取之不盡，用之不竭，在發電的過程中無噪音且零汙染，因此，太陽能電池被視為最具潛力的再生能源。目前市面上的商用太陽能電池，其抗反射結構僅侷限於隨機金字塔結構，並無法達到最佳的抗反射效能。有鑑於傳統的太陽能電池製作方法，對於抗反射效能的提升極為有限，故本研究提出以黃光微影定義圖案搭配光輔助電化學蝕刻(PAECE)之整合技術，在矽晶片表面製作高深寬比的黑色矽巨孔洞陣列結構，而此結構將使太陽電池具有較佳的抗反射效能。 多孔矽成長於525 um與380 um之矽基板，當PAECE蝕刻時間為0.5 hr、1 hr、1.5 hr及2 hr條件下，皆能得到黑色矽巨孔洞陣列結構，且其反射率皆能大幅度降低。在280 nm-800 nm波長範圍內，空白矽晶片的平均反射率為37.35 %。未經過PAECE蝕刻的倒金字塔陣列，平均反射效率為6.2 %；具倒金字塔陣列再經PAECE蝕刻後，於525 um之矽基板條件下，經過30分鐘的PAECE蝕刻後，平均反射效率可大幅降低為1.02 %，而經過2 hr的PAECE蝕刻後，平均反射率更可降低為0.81 %。若晶片減薄至380 um時，經過2 hr的PAECE蝕刻後，能進一步降低反射率至0.72 %。此時結構除了具有倒金字塔的形貌外，尚還具有深凹的巨孔洞、微溝渠、隨機多孔矽及黑色多孔矽薄膜層等五種特殊結構。本研究提出的新型複合結構將能具有良好的光捕捉效應，並且增大受光表面積與P-N接面面積，可實際應用於單晶矽太陽能電池，將使太陽能電池的效率能進一步提升。Item 晶圓穿孔陣列之光輔助電化學蝕刻特性研究(2008) 羅嘉佑; Jia-You Lo本研究自行開發低光源成本之光輔助電化學蝕刻(photo-assisted electrochemical etching, PAECE)設備，藉由改變光照強度及界面活性劑等實驗條件，並改善電化學蝕刻穿孔製程，得到較高之蝕刻速率與低孔壁粗糙度的穿洞陣列。未來可應用於積體化微探針陣列之製作，或利用晶圓內垂直導體之晶圓內連線而實現晶圓級堆疊封裝之目的。此技術開發有設備與製程成本低、可批次生產、良率高，且與半導體製程相容性高等特點。 由實驗結果已驗證，在利用光輔助電化學蝕刻技術製作高深寬比微穿孔陣列方面，可得到500 um的孔洞深度、穿孔時間最快約為16.7 hr的微穿孔陣列，且孔壁形貌有極佳之表面粗糙度。電化學蝕刻之孔徑最小約為21 um，蝕刻孔洞之深寬比最大約為17.7。相關之實驗條件如下：光源照度為32000 lux至18000 lux，選用陽離子型界面活性劑1 wt.% DC-1、陰離子型界面活性劑1 wt.% MA、強氧化劑2.5 wt.% H2O2及有機界面活性劑1 wt.% Alcohol。經此技術蝕刻而得之黑色微孔洞陣列，在僅添加陰離子型界面活性劑1 wt.% MA且蝕刻2 hr後，其反射率最低可降至約0.43%，而使用界面活性劑蝕刻穿孔之結構亦能有約0.4-0.5%之反射率。 本研究證明了利用此技術已能局部取代乾式蝕刻之應用領域，並對於積體化微探針陣列之製作，或晶圓內連線之晶圓級堆疊封裝有極大的助益。且經此技術所製成之黑色微孔洞陣列結構，將有機會應用於太陽能電池之抗反射層，大幅提升太陽能電池之轉換效率。Item 奈米柱應用於燃料電池電極之技術開發(2006) 湯杜翔; Du-Hsiang Tang摘 要 直接甲醇燃料電池(DMFC)是未來令人期待的科技，目前的發展方向在於3C產品的應用(如筆記型電腦、手機)、攜帶式電源供應器等。然而，目前發展DMFC仍有幾項瓶頸仍待克服，例如提升電極觸媒催化效能、減少甲醇不必要的穿透現象，這些負面影響均使其輸出功率依舊無法滿足實際應用的需求。由文獻可知，為了製作高低不平電極，以提升直接甲醇燃料電池效率，皆需使用感應耦合電漿離子蝕刻技術。然而，由於這些設備高價格之缺點，使得學術界與中小型企業難以投入相關的研究。根據上述，本研究將結合「自組裝奈米球微影」、「光輔助電化學蝕刻」、「精密電鑄」技術，預期將可成為低成本，並且用以製作出完美且具大規模排列之奈米柱狀陣列結構，藉由電極接觸表面積之大量增加，來提高反應性，以應用於直接甲醇燃料電池電極之開發。 實驗的結果証實結合薄光阻格狀結構製作及震盪塗佈法的方式，可將奈米球規則地排列於矽基板上，以得到大面積且趨近完美排列的奈米球陣列。而在光輔助電化學蝕刻的實驗中，當使用1 V的蝕刻電壓與HF濃度2.5 wt%的蝕刻液，蝕刻30分鐘後，能夠產生高度約為7.4 m，直徑約為90 nm，而孔洞的深寬比可達到67:1之高深寬比孔洞。並且証實加大蝕刻電壓機制使蝕刻孔洞擴孔及適當RIE蝕刻時間，即可製作出柱體高度約為1.56 µm，直徑約為250 nm~300 nm，因此柱體的深寬比可達6.2:1~5.2之奈米柱狀陣列。目前直接甲醇燃料電池電極測試性能後，結果顯示平板電極其開路電壓、極限電流密度、最大功率密度分別為105 mV、0.319 mA/cm2、0.0093 mW/cm2，柱狀電極其最大開路電壓、極限電流密度、最大功率密度分別為280 mV、1.044 mA/cm2、0.0584 mW/cm2，本實驗發現柱狀電極所製作燃料電池之最大功率密度優於平板電極6.3倍，顯示蝕刻電壓增加所製作之柱狀電極結構可提升觸媒與燃料接觸之表面積，使其性能也隨之提升。 關鍵字：奈米柱，光輔助電化學蝕刻，精密電鑄，直接甲醇燃料電池電極。Item 整合自組裝奈米球微影與光輔助電化學蝕刻之奈米柱狀陣列製作技術(2005) 黃茂榕; Huang Mao-Jung本研究結合奈米球微影以及光輔助電化學蝕刻兩項技術之優點，用於製作高深寬比的奈米柱狀陣列。聚苯乙烯奈米球可藉由材料本身的自組裝效應，能輕易定義出奈米等級的圖形陣列，並可由球體尺寸的選擇與堆積層數的控制，有效地定義圖案形狀以及圖案尺寸，因此稱為奈米球微影術。同時，本研究將採用光輔助電化學蝕刻，以滿足奈米柱高深寬比的蝕刻需求，此技術有著易於形成奈米級孔洞的優點，其蝕刻深度與寬度之比更可達到250：1，優於感應耦合電漿離子蝕刻術(Inductively coupled plasma reactive ion etching, ICP-RIE)的蝕刻效果。兩項技術的結合可代替如電子束(Electron beam)、深紫外光(Deep ultraviolet, DUV)、X光(X-ray)微影技術，與感應耦合電漿離子蝕刻技術等昂貴的設備，因此非常適合用於製作高深寬比之奈米柱結構。 實驗的結果証實利用旋轉塗佈搭配震盪塗佈的方式，可將奈米球規則地排列於矽基板上，並且定義出單層與雙層奈米等級的圖案。而在光輔助電化學蝕刻的實驗中，証實了在添加界面活性劑的作用下，蝕刻蝕刻液的接觸角可降低至15度，具有超親水性的特性，並大幅改善擴孔現像，使得奈米級的高深寬比孔洞能夠輕易的產生。當使用5 V的蝕刻電壓與HF濃度2.5 wt%的蝕刻液，經過5分鐘的蝕刻後，能夠產生高度6.2 m，直徑為90 nm的高深寬比孔洞，而孔洞的深寬比可達到68:1。在光輔助電化學蝕刻中，當孔洞底端氟離子數量遠少餘電洞數量，孔洞側壁的蝕刻現象將非常明顯，並且蝕刻深度則開始隨著電壓的增加而減少。本實驗目前可製作出高度為1m深寬比達20:1~14:1的奈米柱。奈米柱將隨著奈米球的定義而排列，因此具有陣列化的排列現象。 關鍵字：奈米柱，奈米球，光輔助電化學蝕刻，自組裝。