太阳能电池原理与简介

1、太陽能電池原理與簡介汽車電子學實習期中報告班級：車輛二乙姓名：謝宇祈學號：49815009一、 原理簡介 Charles Fritts利用鍺半導體材料塗佈上一層極薄的金屬形成半導體金屬結合，產生固態的光伏特效應，成功製造出第一塊太陽能電池，旦其效率卻小於1%。1946年Russell Qhl利用擴散方式在矽單晶片上製造出P-N接面，製造出第一個現代化的矽製太陽能電池並申請了此太陽能電池的製造專利。1954年當貝爾實驗室在用半導體作實驗時發現在矽中摻入一定量的雜質後，可增加其對光的敏感度，使得矽製太陽能電池的轉換效率可以達到6%，成為太陽能電池技術的一重要里程碑。依照不同類型、材料可分為矽太陽能

2、電池、三五族太陽能電池、薄模式硫系太楊能電池、非晶體矽與奈米矽太陽能電池、染料敏化太陽能電池、有機聚合物太陽能電池與多接面太陽能電池。目前市場上大量產的單晶矽與多晶矽的太陽能電池平均效率約在15%上下，也就是說這樣的太陽能電池只能將入射太陽能光轉換為15%的可用電能，其餘的85%的能量都浪費成無用的熱能，而目前所之最高效能的太陽能電池，期效率也不到50%，這表示有50%以上的能量都被浪費掉，無法為人們所用，因此太陽能電池的發展亦有非常大的空間。二、 太陽能電池 所謂太陽能電池即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。當太陽光照射時，光能將矽原子中的電子激發出

3、來，而產生電子和電洞的對流，這些電子和電洞均會受到內建電位的影響，分別對P型與N型半導體吸引，而聚集在兩端。此時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，太陽能電池的發電原理，是利用太陽能電池吸收0.4m1.1m波長(針對矽)的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。而圖1為一般太陽能電池結構之示意圖，其主要由上至下可分為金屬電極、減反射層、吸收層、背反射層級玻璃基板，減反射層可減少反射的能量，而背反射層則可使未被吸收的光反射至吸收層再次被吸收。在太陽能材料方面，可分為直接帶隙(如砷化鎵)和間接帶隙(如矽)，直接帶隙材料的光吸收係數大，而間接帶隙材料的

4、光吸收係數較小，這代表著要吸收同樣多的太陽光，利用間接帶隙材料最為吸收層的厚度比利用直接帶隙之吸收層厚。三、 太陽能電池目前共分三代 第一代基板矽晶(Silicon Based)目前市場上，絕大多數的太陽能電池是採用矽晶圓作為材料，主要是因為矽晶太陽能電池的製造原理和過程都和半導體產業相當接近，因此在半導體生產技術和設備都已經相當成熟的情形下，矽晶太陽能電池具有轉換效率佳、設備成本低、量產速度快、良率高的優點。 第二代薄膜式(Thin-Film)不同於結晶矽太陽能電池吸收層厚度的數百個微米，薄膜式太陽能電池在其吸收層的厚度僅在數微米間，甚至在數百微米之間。因此，可大幅節省材料的使用量，減少太陽

5、能電池之生產成本。而薄膜式太陽能電池依其吸收層材料類型主要可分為:矽薄膜(非晶矽單層電池、非晶矽/微晶矽雙層電池)、染料敏化型將吸收的太陽光能透過獨家染料轉變為電能、GaAs、CdTe太陽能電池等。 第三代高效能(Third generation)採用新穎的元件結構設計或應用新材料。量子井太陽能電池(qunanturn well)透過井層材料的選擇和量子井寬度改變其吸收帶隙，已擴展對太陽能光譜長波長範圍的吸收;聚光型太陽能電池利用透光鏡將光聚集到狹小的面積上來提高發電效率、多接面(multi-junction)太陽能電池使用多個吸收曾以對應不同的頻率吸收範圍等，這些新概念的高效率太陽能電池都是第三代太陽能電池。 圖2代表了三代太陽能電池之間的差異，圖的橫軸代表太陽能電池的生產成本，縱軸表示發電效率，而虛線則代表了發電成本。由圖中可看出