太阳能电池的基本原理及其结构

1、第二章 太陽能電池的基本原理及其結構,2-1太陽能電池的基本原理 2-2太陽能電池的基本結構 2-3太陽能電池的製作,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,2,內容大綱,本章節的內容，主要地是簡述式討論 太陽能電池的基本原理 太陽能電池的基本結構 太陽能電池的製作,28,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,3,2-1太陽能電池的基本原理,表2-1物理式電池以及化學式電池的種類以及其分類,28,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,4,一般太陽能電池所使用的核心材料是半導體材料，在自然界中的半導體材料種類： 有機半導體材料 無機半導體材料 在無機半導體材料方面： 矽系列半導體材料 化合物系列半

2、導體材料 陶瓷系列半導體材料,2-1-1量子力學以及光電效應,29,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,5,在矽材料之中，摻雜第五族的元素於其內，則所形成的半導體是帶有較多電子的n型半導體 倘若摻雜第三族的元素於其內，則所形成的半導體是帶有較多電洞的p型半導體 當p型半導體以及n型半導體接合在一起的時候，因為兩端的自由電子以及電洞濃度不同而產生擴散現象，p型半導體中的電洞濃度較高的，而向n型半導體方面擴散,2-1-1量子力學以及光電效應,31,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,6,2-1-1量子力學以及光電效應,32,圖2-2 p-n接面型半導體元件結構、能帶、位能、以及電場分布的示意圖

3、,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,7,太陽電池元件以及發光二極體元件，均是含有兩個電極的二端子型元件 太陽電池元件是光電效應 發光二極體元件是電光效應,2-1-1量子力學以及光電效應,33,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,8,2-2太陽能電池的基本結構,33,圖2-3p-n接面型太陽能電池元件的基本結構及其組成,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,9,2-2太陽能電池的基本結構,34,圖2-3p-n接面型太陽能電池元件的基本結構及其組成,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,10,2-2太陽能電池的基本結構,34,圖2-4p-n接面型太陽能電池元件的能帶示意圖,第二章太陽能電池的

4、基本原理及其結構P,11,太陽能電池附有負載的等效電路 (Equivalent Circuit)，包含： 電流源 (IL) 二極體飽和電流 (IS) 電阻 (RL),2-2太陽能電池的基本結構,35,圖2-5 太陽能電池元件附有負載的 (a) 以及無負載的 (b) 等效電路,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,12,太陽能電池沒有負載的等效電路圖 如圖2-5(b),2-2太陽能電池的基本結構,35,圖2-5 太陽能電池元件附有負載的 (a) 以及無負載的 (b) 等效電路,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,13,太陽能電池元件的理想電流 - 電壓 (I-V) 特性，可表示為： 此一公式所

5、繪製的曲線，分布於直角座標第四象限所圍的區域 所得四方形的面積大小即是最大輸出功率，如圖2-6(a) 所示,2-2太陽能電池的基本結構,35,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,14,由圖2-6(b)可以得知： 短路電流 (Short Circuit Current, ISC) 開放電路或斷路電壓 (Open Circuit Voltage, VOC) 最大電流值 (Maximum Current, Im) 最大電壓值 (Maximum Voltage, Vm),2-2太陽能電池的基本結構,35,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,15,2-2太陽能電池的基本結構,36,圖2-6太陽能電池

6、元件的電流電壓關係曲線 (a) 以及短路電流、斷路電壓、最大電流值、以及最大電壓值等參數 (b) 示意圖,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,16,太陽能電池元件的理想光電轉換效率或能量轉換效率 () 為： 形狀因子 (Fill Factor, FF) 的定義為：,2-2太陽能電池的基本結構,37,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,17,若太陽能電池有串聯電阻負載的時候，則其等效電路示意圖，如圖2-7所示,2-2太陽能電池的基本結構,38,圖2-7太陽能電池有串聯電阻負載的等效電路示意圖,第二章太陽能電池的基本原理及其結構P,18,因接面使用材料的種類而區分，則太陽能電池元件的種類： 同質接面型太陽能電池元件 (Homo-Junction Solar Cell) 異質接面型太陽能電池元件 (Hetero-Junction Solar Cell),