太阳能电池模组板表面外部处理之研究介绍.PDFVIP

太陽能電池模組板表面外部處理之研究介紹 一、研究動機與目的 商業化太陽能電池中，矽基太陽能電池占絕大多數的市場佔有 率，雖然隨著不同材料太陽能電池之推廣，結晶矽太陽能電池的使用 比例會稍微減少，但它在未來仍會是太陽能電池的主流，因此如何能 夠有效的提升結晶矽之發電效率成為一個眾所注目的研究課題。 目前矽基太陽能電池發電效率仍偏低，主要原因與矽基材料吸光 範圍有限、吸收光譜的範圍及能量反射損失有關。 Fig.1-1 為各種太陽 能電池反應的對應光譜，目前 多晶矽矽基太陽能電池在600nm波以上 相對反應度減少許多，所以紅外與遠紅外區的光無法有效地進行光電 反應，反造成熱能效應，因此目前各國學者提出三種解決方案來提升 太陽電池之發電效率。 (1).第一種方案是尋求新材料同時具光電效應與熱電效應，把太陽 能電池無法吸收之紅外光與紫外光區段之能量轉為熱能再次發電，但 以目前技術發展，要達成此目標還有一段距離。 (2).第二種方案是在太陽能電池表面建構真空隔離層，將多餘的熱 量帶走，避免太陽能電池過熱而造成入射光散射，但此製程的成本極 為昂貴。 1 (3).第三種方案是增加光線穿透率，減少光能量反射損失，提升整 體發電效率。本計畫擬以第三種方案來降低能量損失，增加太陽能電 池發電效率。 Fig.1-1 各種太陽能電池材料之吸收波長 二、抗反射光學元件原理與製程簡介 1. 抗反射光學理論 抗反射處理的部份相當廣泛，目前被有效應用於兩方面，其一為 手機、平面顯示器與相機鏡頭等生活用品上為了使民眾生活方便所 用，其二如太陽能電池工業等，於太陽能電池製程中需經由大量吸收 光源能量並避免光線遭到元件表面反射以提高光電轉換效應，增加太 陽能電池之發電效率。 2.蛾眼效應 蛾眼結構於 1967 年由C. G. Bernhard所發現，在夜蛾的複眼上會 2 有次微米乳突狀陣列結構(Fig.2-1) ，並發現此結構具有抗反射的效 應，後人稱之為蛾眼效應；蛾眼效應在抗反射原理上屬於次波長結構 非均質層(Inhomogeneous layer) ，此法是利用孔隙或是表面有皺紋的 結構降低此複合層之折射率，利用漸近的方式改變折射率，使反射率 降低，且對於入射光之角度不敏感，因此可用於大範圍波長與多角度 入射光，此次波長微奈米結構以取代多層鍍膜為目的正被科學家熱烈 研究發展中 (Fig.2-2) ，同樣具有抗反射之效果，且還具有類似蓮花效 應之疏水性，從光學產品的觀點來看是一種具有抗反射與疏水性的複 合式光學元件，具有很大的研究與發展空間。 Fig.2-1 飛蛾複眼上之奈米結構 3 Fig.2-2蟬翼上乳突狀奈米結構 3. 等效介質與非均質層理論 等效介質理論(Effective Medium Theory, EMT)為計算兩種物質混合後 等效的一些物理性質，如導電率、折射率等都是該理論討論的範圍。 在等效介質理論的觀點下蟬翼結構產生之蛾眼效應近似於多層膜抗 反射原理，利用不同折射率對應不同波長之入射光，達到抗反射之效 果。而在此需借用到非均質層理論，於基板表面有一非均質層材料如 Fig. 2-3所示， n0 為空氣折射率，其折射率由n1 漸增至 n1’ ，I 為 入射光，反射光有R1 及 R2 ，當n1’ 等於基板折射率時，反射光R2降 4 低；若 n1 等於空氣折射率時反 射光 R1降低，此理論與利用等效介質理論等效後之蟬翼結構折 射率相同皆為漸層式折射率，可將反射光減低，以上為蟬翼結構產生 抗反射效應蛾眼效應( )之原理。 Fig.2-3 非均質層法示意圖 4. 多孔質陽極氧化鋁 在適當的陽極處理參數下，多孔質陽極氧化鋁層會自組裝成最密 堆積陣列奈米孔洞、利用電壓與電解液的調整可以控制其孔洞間距以 及大小、處理時間調整孔