族半导体太阳能电池介绍之课后报告

1、n-v族半導體太陽能電池介紹之課後報告劉得用97682006顯示所一年級目前地球面臨兩大問題，一是能源急遽減少，另一是生態環境受到嚴重破壞；石 化燃料所產生的二氧化碳使大氣中二氧化碳含量每年增加1 ppm以上5造成全球 性的溫度上升，加上各種環境破壞與污染產生，以致地球無法維持正常生態。以往我國能源政策以核能發電、火力發電為主，及部分的水力與風力發電，極少 利用太陽能這種天然、無污染的能源來發電。由愛因斯坦所提出的光電效應可 知，光能與電能可以互相轉換，此即為太陽能電池的發電原理。目前太陽能電池的種類約略可分為：三五族化合物半導體、單晶矽與多晶矽三 種。三五族太陽能電池的光電轉換效率雖高，但是

2、相當昂貴，常用於國防用途； 單晶矽與多晶矽太陽能電池優點是較為便宜，但是轉換效率不高，無法當主要的 發電來源。所以利用光學薄膜以提高太陽能電池的轉換效率，為一重要的課題。太陽能電池是一種可以將能量轉換的光電元件，其基本構造是運用p型與n型半 導體接合而成的。半導體最基本的材料是“矽”，它是不導電的，但如果在半導 體中掺入不同的介質，就可以做成p型與n型半導體，再利用p型半導體有個電 洞，與n型半導體多了一個自由電子的電位差來產生電流，所以當太陽光照射時， 光能將矽原子中的電子激發出來，而產生電子和電洞的對流，這些電子和電洞均 會受到内建電位的影響，分别被n型及p型半導體吸引，而聚集在兩端。此時

3、外 部如果用電極連接起來，形成一個迴路，這就是太陽能電池發電的原理。簡單 的說，太陽光電的發電原理，是利舟太陽能電池吸收04/zm波長（針對 矽品）的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。由於太陽電池產生的電是直流電，因此若需提供電力给家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉 換器，換成交流電，才能供電到家庭用電或工業用電。太陽能電池結構聚光型太陽能電在這許多不同的太陽能電池當中，高轉換效率最高的就屬 池，。它的原理是以三五族化合物半導體材料，製成太陽能電池品片， 利用聚光鏡將太陽能量聚集在太陽能品片上。聚光鏡可使單一太陽能品 片接收到數百倍的太陽光能量，光電轉換率高達35%，又可大幅減

4、少太陽能電池品片的使用量，沒有大面積的困擾，很適合在都會區的高樓安 裝使用，但缺點在於單價較高。目前經過認證的轉換效率已達36%，未來 將以每年增加一個百分點的速度成長，至民國100年則挑戰40%目標。據 估計，到了 2011年，聚光型太陽能電池之市場規模將達1.5gw，約佔整體太能能發電量之7%。近期德國太陽能源系統研究所(fraunhofer ise)於近曰發表新太陽能電池科 技，可將光電轉換率提高至37.6%，創目前歐洲太陽能科技的歷史新高，也是德 國致力推展三五族太陽能電池平價化的重大突破。這項由歐盟fullspectrum研究計劃支持，ise研究所frank dimroth博士領導

5、的三五族磊晶與太陽能電池研究小組的最新成果是：透過30奈米尺厚的穿 隧二極體(tunnel diode)，自動將太陽光光譜分成三種不同波長的光源，接著 再聚光到由隣化錮錄(galnp)、碑化錮錄(galnas)、錯(gc)三種材料製成的多接 面太陽光能電池集中系統，使陽光光照集中度達1700倍，高效的進行光能吸收， 大幅提升光電轉換率至37.6% °三五族太陽能電池即所謂的高效率聚光型多接面太陽能電池磊晶片，早期多應用 於航太衛星產業，長期來因造價昂貴一直無法平價量產。但是由於其具有高光電 轉換率的特殊性，也就是三五族半導體材料在太陽能集光系統的科技應用，可創 造出比傳統矽晶材或非矽晶材太陽能電池更高的轉換率，因此ise研究所早看好 此科技前景，已密集投入這項主題逾十年。根據compound semiconductor的報導，以17%轉換效率的矽晶圓太陽能電池一 個足球場面積，可產出500kw之電力，若以多接面化合物半導體太陽能電池500 倍之聚光效率，則約可產出500mw之電力，發電效率提升約1,000倍，其在高效 率聚光型太陽能發電系統(hcpv)上，更因轉換效率高、所需土地面積小等特性， 成為