太阳能电池板

1、太阳能电池板 太阳能芯片 又称太阳能电池 或光电池，是一种利用太阳光直接发电的光电 半导体薄片。 它只要一照到光，瞬间就可输出 电压及电流。太阳能电池可简称为 太阳电池（因台湾的早期 翻译书籍上直接使用日文汉字）。在中国大陆称为硅芯片，因为中文 硅”是 矽”的古字，矽 为现代译音字。在物理学上称为 光生伏打 （Photovoltaic , photo=light （光线）， voltaics=electricity （电力），缩写为 PV），简称光伏。 太阳电池发电是一种可再生的 环保发电方式，发电过程中不会产生 二氧化碳 等有害气 体，不会对环境造成污染。 按照制作材料分为 硅基半导体电池、

2、染料敏电池、有机材料电池 等。对于太阳电池来说最重要的参数是 转换效率，目前在实验室所研发的硅基太阳能电池中， 单晶硅电池的最高转换效率为 29%,多晶硅电池为24%，非晶硅为17%。实际量产时的转换 效率会较低。 历史 术语 光生伏打”来源于希腊语，意思是光、伏特和电气的，来源于意大利物理学家 Volta 的名字，在Volta 以后 伏特”便作为电压的单位使用。术语 光一伏”直到1849年才出现在 英语中。光生伏特效应在 1839年第一次由法国物理学家 A.E.Becquerel 发现。但直到 1883年第一块太阳电池才由 Charles Fritts 制备成功，Charles 用错半导体上

3、覆上一 层极薄的金层形成半导体金属结，器件只有 1%的效率。Russell Ohl 在1946年申请了现 代太阳电池的制造专利。 1954年当贝尔实验室在用半导体做实验发现在硅中掺入一定量的 杂质后对光更加敏感这一现象后，太阳电池技术的时代终于到来。 以太阳能发展的历史来说，光照射到材料上所引起的 光起电力”行为，早在19世纪的 时候就已经发现了。到了 1930年代，照相机的曝光计广泛地使用这一个原理。 接着，到了 1950年代，随着 半导体物性的逐渐了解，以及加工技术的进步，第一个太 阳能电池在1954年诞生在美国的 贝尔实验室。 1973年发生了石油危机，让世界各国察觉到能源开发的重要性。

4、 自1960年代开始，美国发射的 人造卫星就已经利用太阳能电池做为能量的来源。 到了 70年代能源危机时，人们开始把太阳能电池的应用转移到一般的民生用途上。目 前，在美国、日本和以色列等国家，已经大量使用太阳能装置，更朝商业化的目标前进。 在这些国家中，美国于1983年在加州建立世界上最大的太阳能电厂， 它的发电量可以 高达16百万瓦特。南非、博茨瓦纳、纳米比亚和非洲南部的其他国家也设立专案，鼓励偏 远的乡村地区安装低成本的太阳能电池发电系统。 而推行太阳能发电最积极的国家首推日本。 1994年日本实施补助奖励办法， 推广每户 3,000 瓦特的 市电并联型太阳光电能系统 ”。在第一年，政府补

5、助 49%的经费，以后的补 助再逐年递减。 市电并联型太阳光电能系统 ”是在日照充足的时候， 由太阳能电池提供电能 给自家的负载用，若有多余的电力则另行储存。当发电量不足或者不发电的时候， 所需要的 电力再由电力公司提供。 到了 1996年，日本有2,600 户装置太阳能发电系统，装设总容量已经有 8百万瓦特。 一年后，已经有9,400户装置，装设的总容量也达到了 32百万瓦特。近年来由于环保意识 的高涨和政府补助金的制度，预估日本住家用太阳能电池的需求量，也会急速增加。 台湾: 在台湾方面，依制程可分为 1. Wafer line: 2. Cell line: 目前生产太阳能电 池的主要厂商

6、有茂迪、 昱晶、益通、旺能、新日光、科冠能源、太阳光电等公司。3. Module line: 3.1 传统式模组主要厂商有纳米龙 3.2 薄膜式模鲍主要瘢商有富光雷： 在1999年，茂迪公司开始在 台南科学工业园区 设厂，以生产单晶硅和多晶硅的太阳能 电池为主。士林电机也曾经派研发团队到美国接受训练， 学习卫星所使用的太阳能电池板的 制造和封装技术，同时在1999年成功发射中华卫星一号后，更进一步投入民生用途的太阳 能电池研发。 此外，工业技术研究院材料所也成功地开发出太阳能电池的制造与封装技术， 并把技术 转移给茂迪公司及士林电机公司，以推广国内的太阳能发电事业。 太阳能电池构造与发电原理

7、太阳能电池的结构图 太阳电池是一种可以将能量转换的光电元件，其基本构造是运用 P型与N型半导体接 合而成的。半导体最基本的材料是 硅”，它是不导电的，但如果在半导体中掺入不同的杂质， 就可以做成P型与N型半导体，再利用P型半导体有个电洞，与 N型半导体多了一个自由 电子的电位差来产生电流， 所以当太阳光照射时， 光能将硅原子中的电子激发出来， 而产生 电子和电洞的对流，这些电子和电洞均会受到内建电位的影响，分别被 N型及P型半导体 吸引，而聚集在两端。此时外部如果用电极连接起来， 形成一个回路，这就是太阳电池发电 的原理。 简单的说，太阳光电的发电原理，是利用太阳电池吸收 对硅晶）的太阳光，将

8、光能直接转变成电能输出的一种发电方式。 是直流电，因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直 才能供电至家庭用电或工业用电。 0.4如卜1.1期波长（针 由于太阳电池产生的电 /交流转换器，换成交流电， 太阳能电池的充电发展 太阳能电池应用在消费性商品上， 大多有充电的问题，过去一般采用镣氢或镣镉干电池 来充电，但是镣氢干电池无法抗高温，镣镉干电池有环保污染的问题。 近年来超级电容发 展快速，容量超大，面积反缩小，加上韩国产品价格低廉， 因此有部份太阳能产品开始应用 超级电容来充电，因而改善了太阳能充电的许多问题： 1.充电较快速，2.寿命长5倍以上, 3.充电温度范围较广，4.减少太阳能

9、电池用量(可低压充电)。 太阳电池材料种类 太阳电池(Solar Cell) 的材料种类非常的多，可以有非晶硅(Amorphous Silicon) 、多晶硅(Poly Crystalline) 、CdTe、CuIn xGa(1-x) Se2等半导体的、或三 五族、二六族的元素链结的材料，简单的说，凡光照后，而产生电能的，就是太阳电池寻找 的材料。 主要是透过不同的制程和方法，测试对光的反应和吸收，做到能隙结合宽广，让 短波长或长波长都可以全盘吸收的革命性突破，来降低材料的成本。 太阳电池型式上也分 有，基板式或是薄膜式， 基板在制程上可分拉单晶式的、 或相溶后冷却结成多晶的块材， 薄 膜式是

10、可和建筑物有较佳结合， 如有曲度或可挠式、折叠型，材料上较常用非晶硅。另外还 有一种有机或纳米材料研发，仍属于前瞻研发， 目前仅运用于太空上面。因此，也就是目 前可听到不同 世代的太阳电池： 第一代基板硅晶(Silicon Based) 、第二代为薄膜 (ThinFilm) 、第三代新观念研发 (New Concept) 。 单晶太阳能电池的生产介绍 拉晶：主原料为二氧化硅，经纯化后(目前全球仅有少数纯化原料厂，供不应求 )，再用拉 晶炉成长成晶柱。 修角：早期制造太阳能电池的晶柱因无修角， 直接将圆晶柱切片，所以成品为圆形芯片， 现 在大多先将晶柱修角成近似四方柱形。 切片：用切片机将修成近

11、似四方柱形的晶柱，一片片的切成薄片 (像切方形火腿片)，一般 切到约0.40.5mm 的厚度。 刻蚀：化学刻蚀及抛光成为 0.3mm的薄片(wafer)。 清洗：用纯水将薄片洗净。 扩散及银浆印刷：经由扩散炉处理后，制成 N型上层及P型下层，再将芯片表面及背面分 别用银浆印刷成输出电路，一般表面为负极，背面为正极，经由摹拟阳光仪作功率检测及品 管分级后，即为商业成品。 蒸镀：如将表面及背面不经过丝网印刷， 而改采光刻及塔锅蒸镀式制造抗反射层与表面的输 出导线，再加上其他特殊技术， 如此可提高太阳能电池的转换效率。 但塔锅的容纳有限生产 量较少，蒸镀耗时生产速度较慢， 其成本及售价将提高许多；

12、太空式单芯片即采用此法。(制 造常规商业级的薄片电阻约 0.5 3欧姆，有些太空式的薄片电阻需低于 0.01欧姆以下- 马丁格林电池 E24%，澳大利亚) 超高效率太阳电池 目前市场上大量产的单晶与 多晶硅的太阳电池平均效率约在 15%上下，也就是说，这样 的太阳电池只能将入射太阳光能转换成 15%可用电能，其余的85%都浪费成无用的热能。所 以严格地说，现今太阳电池，也是某种型式的 浪费能源”。当然理论上，只要能有效的抑制 太阳电池内载子和声子的能量交换，换言之，有效的抑制载子能带内或能带间的能量释放， 就能有效的避免太阳电池内无用的热能的产生， 大幅地提高太阳电池的效率， 甚至达到超高 效

13、率的运作。而这样简易的理论构想， 在实际的技术上， 却可以用不同的方法来执行这样的 原则。超高效率的太阳电池 (第三代太阳电池2)的技术发展，除了运用新颖的元件结构设 计，来尝试突破其物理限制外，也有可能因为新材料的引进，而达成大幅增加转换效率的目 的。 染料敏化太阳电池 Dye-sensitized solar cell (DSSC) 染料感光太阳电池是最近被开发出来的一种崭新的太阳电池。 DSsC也被称为Gr?tzel cell ，因为是在1991年由Gr ?tzel等人发表3的构造和一般光伏特电池不同，其基板通 常是玻璃，也可以是透明且可弯曲的聚合箔 (polymer foil) ,玻璃

14、上有一层透明导电的 氧化物(transparent conducting oxide TCO) 通常是使用 FTO(SnO2:F) ,然后 长有一层约10微米(im;micron) 厚的porous 纳米尺寸的 TiO2 粒子(约1020 nm) 形 成一 nano-porous 薄膜。然后涂上一层染料附着于 TiO2的粒子上。通常染料是采用 ruthenium polypyridyl complex 。上层的电极除了也是使用玻璃和 TCO夕卜，也镀上 一层伯当电解质反应的催化物 (platinum catalyst) ,二层电极间，则注入填满含有 iodide/triiodide 电解质(e

15、lectrolyte) 。虽然目前 DSC电池的最高转换效率约在 10%左右(理论最高29 % 来源请求),但是制造过程简单，所以一般认将大幅降低生产成本， 也同时将低每度电的电费。 串叠型电池(Tandem Cell) 串叠型电池属于一种运用新颖原件结构的电池， 借由设计多层不同 能隙的太阳能电池来 达到吸收效率最佳化的结构设计。 目前由理论计算可知，如果在结构中放入越多层数的电池， 将可把电池效率逐步提升，甚至可达到 50%的转换效率。 应用实例 现在的太阳光电板可以配合造型做变化， 在德国，一艘以太阳电池作为遮阳板的游艇, 不但造型流线美观也环保。 有太阳能屋.太阳能灯.太阳能电厂.太阳

16、能发电厂.太阳能飞机.等. 应用市场的发展 由于封装技术，焊接材料与加工方法及芯片上的改良， 在1991年太阳能系统的寿命约 5 到10年。到了 1995年则增加到10 20年，而到公元2000年更可延长使用年限到 25年以上。 于1995年仅美国市场的太阳能电池销售额为 35亿美元。由于石油及环保(全球温室效应)的 问题，以及外交上对落后地区的援助，使得在公元 2000年后全球的太阳能电池销售额成数 倍的成长。 到了 2005年后，由于德国等环保先进国家新建筑法规的因素， 求量爆发大增，瞬间市场严重缺货， 造成全球太阳能电池产业的蓬勃发展， 厂的股价，一夕之间冲到最高点。 同时也带动洞悉商机

17、的传统制造业转型， 商品的开发、应用。 展望 夜间不能发电是太阳能电池的一大缺点，但是针对这一个缺点有 3种方式可以 克服。 把太阳能电池当作补充电力的方案： 由于日间电力需求较高， 单纯的只让太阳 能电池在日间提供服务刚好可以让发电厂等供电源负载更平均、 也减少电力网的尖峰负 载。 把白天的太阳光能转成其他的能量形式加以储存， 例如蓄电池、飞轮装置、压 缩空气、抽蓄发电厂 等，到黑夜的时候再把储存的能量释放出来。 美国和日本两国正在进行 卫星太阳能发电厂”计划(Satellite Solar PowerStation , SPSS),这一个计划的工作项目就是在太空中找到一个能够不断接受 太阳光的地方，例如在赤道附近上空，发射具有太阳能电池或热能发电系统的卫星，利 用人造卫星在太空中吸收太阳能来发电。由于免除了昼夜、温差及气候等因素影响，人 造卫星可以连续不停且稳定地接收太阳能，再把它转换为电能，然后以微波的方式传回 地球，经过地球微波接收站接收后，再转换回来成为电能，输送到各个地方。 目前太阳能电池成本还很高，无法以合理成本提供大量需求 但由于科学家们不断的研究， 再加上半导体产业技术的进步， 太阳能电池的效 率也逐渐增加，而且发电系统的单位成本也正逐年下降。因此