學位論文

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    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。
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    多孔矽應用於微型直接甲醇燃料電池之擴散層暨觸媒載體之研製
    (2008) 賴昶均; Chang-Chung Lai
    隨著科技的進步與環保意識的高漲，人類亟需一種乾淨、無汙染的能量來源，以應用於現今生活中不可或缺的可攜式電子產品。 直接甲醇燃料電池(DMFC, direct methanol fuel cell)被視為最有潛力，將取代目前鋰電池之下一代能源裝置。它具有操作溫度低，啟動速度快，能量密度高，燃料攜帶方便，燃料取得容易等優點。因此，本研究希望將燃料電池微型化，嘗試製造DMFC (micro DMFC)，並簡化其組成元件，降低製造成本，以實現整合於可攜式電子產品中的可能性。 本研究分為四大實驗項目：(1) 利用TMAH溶液與添加劑所調配之蝕刻液，進行具凸角保護特色的流道製備；(2) 製造與流道相銜接的多孔矽層，取代碳紙於DMFC中擴散層角色；(3) 比較多孔矽擴散層厚度對DMFC性能之影響；(4) 比較DMFC分別以多孔矽與碳紙做為擴散層之性能差異。 實驗結果顯示，本實驗以廉價的TMAH濕蝕刻技術，添加特殊界面活性劑，成功製造出具凸角蝕刻抑制的375 m深流道結構；此外，厚度高達300 m，且互相聯通的多孔矽擴散層，已藉由光輔助電化學蝕刻 (PAECE, photo-assist electrochemical etching ) 製程實現，並成功的與流道相銜接，達到簡化DMFC結構的目的。 實驗結果顯示，具多孔矽擴散層深度為225 m 的微型甲醇燃料電池，其最大開路電壓為387mV；最大電流密度為1.828 mA/cm2；最大功率密度為0.142 mW/cm2，與具碳紙擴散層的對照組性能(0.150mW/cm2)表現不相上下。多孔矽取代碳紙於微型燃料電池之擴散層應用將指日可待。 關鍵字：燃料電池，甲醇，多孔矽，擴散層。
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    多重技術整合之微機電式μDMFC開發與性能評估
    (2018) 傅品齊; Fu, Pin-Chi
    直接甲醇燃料電池(Direct methanol fuel cell, DMFC)具備能於低溫下工作、能量密度高、啟動速度快、燃料易取得、易攜帶、安全與穩定與低污染等優點，因此在未來有希望能取代鋰電池成為新一代的行動能源裝置。本研究以微機電系統(Micro-electromechanical system, MEMS)技術製作微型直接甲醇燃料電池(DMFC) ，並簡化元件結構與降低生產成本，以因應未來將其應用於行動電子產品之微小化需求。本研究主要以矽晶片作為燃料電池之基材，並整合「TMAH濕蝕刻技術」、「光輔助電化學蝕刻技術」、「PtRu二元金屬化鍍技術」以及「甲醇改質技術」，製作微流道搭配多孔矽(Porous silicon, PS)，以及微流道搭配穿孔矽(Through silicon via, TSV) 擴散層結構之燃料電池電極板，並將其應用於微型直接甲醇燃料電池的製作。 本研究成功將PtRu二元金屬均勻複合於石墨烯與奈米碳管表面(PtRu/G-CNT)，其Pt與Ru含量比分別為34.1 Wt.%與2.6 Wt.%，而在半電池表現，PtRu/G-CNT之氧化電流峰值為5 mA/cm2，是Pt/G-CNT以及PtRu/G的2.02倍與2.4倍。在電極組合部分，陽極與陰極分別使用多孔矽擴散層電極和穿孔矽擴散層電極的組合(PS+TSV)，能得到最佳的電池性能表現，其最大開路電壓為0.4 V，與PS+PS相比增加約1.5倍，而與TSV+TSV相比增加約6.7倍。在添加界面活性劑改質甲醇燃料的評估試驗中得知，界面活性劑MA適於作為甲醇之濕潤劑，並能從添加濃度控制對甲醇氧化能力與濕潤性之影響，同時也能增加二氧化碳氣泡脫離，避免覆蓋觸媒層造成毒化，進而提升燃料電池之性能表現。在添加界面活性劑MA量為0.1 %時，其最大功率密度為0.336 mW/cm2與最大開路電壓為0.48 V，相較於未添加界面活性劑MA分別提升了1.4倍與1.2倍，說明加入少量界面活性劑能促進甲醇藉由多孔矽擴散至觸媒層進行反應，但若加入過多界面活性劑將會影響甲醇氧化效率，因而造成電池性能的下降。