化学在光电工程的应用太阳能电池.pptVIP

化學在光電工程的應用 太陽能電池 組員 : 林延儒 4A3L0033 張先豐 4A3L0109 王少奇 4A3L0088 歷史 1839年，光生伏打效應第一次由法國物理學家A.E.Becquerel發現。 1849年術語「光－伏」（photo-voltaic）出現在英語中，意指由光產生電動勢。 1883年Charles Fritts製造了第一塊太陽電池。Charles用硒半導體上覆上一層極薄的金層形成半導體金屬結，該器件只有1%的效率。 1930年代，照相機的曝光計廣泛地使用光生伏打原理。 1946年Russell Ohl申請了現代太陽電池的專利。 1950年代，隨著半導體物理性質的逐漸瞭解，以及加工技術的進步，在1954年美國貝爾實驗室的研究員發現，於矽中摻入一定量的雜質，會使其對光更加敏感，並製作出了第一個有實際應用價值的太陽能電池。 1960年代，美國發射的人造衛星已利用太陽能電池做為能量來源。 1970年代，由於能源危機，世界各國開始關注能源開發的重要性。1973年發生了石油危機，人們開始把太陽能電池的應用轉移到一般的民生用途上。 為什麼要使用太陽能電池? 太陽是一切生命的根源，人類的生存不能沒有太陽。目前，雖然石油、煤礦等化石能源尚無立即耗盡的危機，但是因人類過度使用化石能源而排放的二氧化碳卻造成溫室效應，成為地球溫度持續升高的元兇。此外，近年來原油價格持續上漲，屢創新高，尋找替代能源已成務之急。替代性能源如風力、水力、地熱、生質柴油及太陽能電池，都是相當受矚目的綠色能源，其中尤以太陽能電池因理論效率較高且技術發展較成熟，最被看好。 構造與發電原理 太陽電池的基本構造是運用P型與N型半導體接合而成的，這種結構稱為一個PN接面。 當太陽光照射到一般的半導體（例如矽）時，會產生電子與電洞對，但它們很快的便會結合，並且將能量轉換成光子或聲子（熱），光子和能量相關，聲子則和動量相關。因此電子與電洞的生命期甚短；在P型中，由於具有較高的電洞密度，光產生的電洞具有較長的生命期，同理，在N型半導體中，電子有較長的生命期。 在P-N半導體接合處，由於有效載子濃度不同而造成的擴散，將會產生一個由N指向P的內建電場，因此當光子被接合處的半導體吸收時，所產生的電子將會受電場作用而移動至N型半導體處，電洞則移動至P型半導體處，因此便能在兩側累積電荷，若以導線連接，則可產生電流，而太陽能電池的挑戰就在於如何將產生的電子電洞對在複合之前將其蒐集起來。 太陽電池材料種類 第一代太陽能電池發展最長久，技術也最成熟。種類可分為單晶矽（Monocrystalline Silicon）、多晶矽（Polycrystalline Silicon）、非晶矽（Amorphous Silicon）。以應用來說是以前兩者單晶矽與多晶矽為大宗，也因應不同設計的需求需要用到不同材料（例：對光波長的吸收、成本、面積......等等）。 第二代薄膜太陽能電池以薄膜製程來製造電池，種類可分為碲化鎘（Cadmium Telluride CdTe）、銅銦硒化物（Copper Indium Selenide CIS）、銅銦鎵硒化物（Copper Indium Gallium Selenide CIGS）、砷化鎵。 第三代電池與前代電池最大的不同是製程中導入有機物和奈米科技。種類有光化學太陽能電池、染料光敏化太陽能電池、高分子太陽能電池、奈米結晶太陽能電池。 新型太陽電池 目前市場上大量產的單晶與多晶矽的太陽電池平均效率約在15%上下，也就是說，這樣的太陽電池只能將入射太陽光能轉換成15%可用電能，其餘的85%都轉換成了無法利用的熱能。超高效率的太陽電池（第三代太陽電池[4]）的技術發展，除了運用新穎的元件結構設計，來嘗試突破其物理限制外，也嘗試新材料的引進，以達成大幅增加轉換效率的目的。另外，也有許多後續的封裝技術和光學技術，例如聚光型太陽能電池，透過光學的方式將太陽光聚集於太陽能面板上，而此類型的太陽能電池必須能承受高溫環境。 ? 薄膜太陽能電池 薄膜太陽電池可以使用在價格低廉的玻璃、塑膠、陶瓷、石墨，金屬片等不同材料當基板來製造，形成可產生電壓的薄膜厚度僅需數μm，因此在同一受光面積之下可較矽晶圓太陽能電池大幅減少原料的用量(厚度可低於矽晶圓太陽能電池90%以上)，目前轉換效率最高以可達13%，薄膜電池太陽電池除了平面之外，也因為具有可撓性可以製作成非平面構造其應用範圍大，可與建築物結合或是變成建築體的一部份，在薄膜太陽電池製造上，則可使用各式各樣的沈積(deposition)技術，一層又一層地把p-型或n-型材料長上去，常見的薄膜太陽電池有非晶矽、CuInSe2 (CIS)、CuInGaSe2 (CIGS)