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影响太阳能电池转换效率的主要原因与改善方法 【摘要】：影响天阳能电池转换效率的因素，主要可规划为制作电池的材料，太阳能电池的制程，太阳能电池的表面处理以及太阳光板的角度处理。 【关键字】：太阳能电池转换效率 材料 制程 表面处理 太阳光板角度。 一、 影响太阳能电池转换效率的主要原因与改善方法 1.材料 1.1 厚度 半导体芯片受光过程中，带正电的电洞往p 型区移动，带负电的电子往N型区移动；受光后，电池若接有负载，则负电子由N区负电极流出负电再由P 区正电极流入形成一太阳能电池。(图一) 图一(受光后的太阳能电池) 依据此原理我们可以知道，太阳能电池愈薄，电子、电洞的移动路径愈短。 2 .制程 2.1 电池与接线的电阻 电池与接线间的电阻对太阳能电池转换效率的高低影响十分显著。尤其太阳能电池模块是由多个电池串联而成，因此接点电阻影响甚巨。(表一) 表一、硅晶电池之光电转换效率(资料来源：太阳光电实验室：.tw) 电池元件光电转换效率 电池模块光电转换效率 (一) 单晶硅 24-30 % 10-15 % (二) 多晶硅 18-21 % 9-12 % (三) 非晶硅薄膜 13 % 7 % 因此，可在采用模块设计时改进横向布线及电池极板等布线结构，以降低电阻。并透过缩小电池单元间隔、加大电池单元的排列密度，提高模块的转换效率。此外，也可将金属电极埋入基板中，以减少串联电阻。(图二) 图二(图片来源：益通光能)(注五) 2.2串叠型电池 将太阳电池制成串叠型电池(tandem cell)。 把两个或两个以上的元件堆栈起来，能够吸收较高能量光谱的电池放在上层，吸收较低能量光谱的电池放在下层，透过不同材料的电池将光子的能量层层吸收，减少光能的浪费并获得比原来更多的光能。 3. 表面处理(影响可用之阳光量) 3.1 抗反射层 在太阳能电池的表面，会镀上一层抗反射层，主要的作用在于让太阳能吸收的过程当中，仅少量的反射造成光能流失。抗反射层做得越好，所能运用的光能自然更多，这也是太阳能电池的制造关键。 抗反射膜的意思就是在基板上镀上一层比基板低折射率的材质，太阳能电池所采用的抗反射膜材质不尽相同，如果能发展出最适合的材质，在太阳能电池转换效率的提升上必是一大进步。 3.2 表面粗化处理 将表面制成金字塔型的组织(Pyramid Texture)结构，可增加表面积，吸收更多太阳光。 3.3电极形状 将不透光的金属电极作成手指状(finger)(图三)或是网状，经过层层反射，可使大部分的入射阳光都能进入半导体材料中。 图三(图片来源：益通光能) 4. 太阳光版角度 4.1 固定式太阳能光电版 不当的装设太阳能光电板会让光电板的日照效益事倍功半，由于所处纬度的不同，太阳照射角度不同，因此太阳能光电板的架设角度也会影响到光电板吸收阳光的效益。 若是处于赤道上，光电板须平放在水平面上的日照效益最高，而台湾位于北回归线上，纬度为北纬23.5 度。加上白天太阳由东方升起后，行进的轨道会在台湾的南方，所以架设太阳能光电板将板面朝南并将仰角设定为23.5 度，将可以得到最大的日照效益。 另外要注意的是，在架设太阳光电板的场地周围，须避免建筑物、植物或其他可能会遮蔽太阳光照射太阳能光电板的遮蔽物，以利太阳能光电板可以完全接收太阳光达到最大的发电效益。 4.2 转动式太阳能光电版 太阳日出日落，太阳能光电板在一天中每个时段所能接收的最大太阳光因而不同，无法保持在最大值，因此有人设计出随着太阳的方向、角度而转动的太阳能光电版，比固定式太阳能光电板更能接收最多的太阳光，达到最大的发电效益。二、 实例 1.表面结构组织化与抗反射层 德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm 厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合。在电镀过程中增加栅极的宽度和高度的比率，制得的电池转化效率超过23%，最大值可达23．3％。 2.奈米技术与太阳能电池结合 2004 年新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室研究人员利用奈米技术对太阳能板的线性效率产生了一项重大突破，入射能量转换成电力的高水平从32 %提升到60 %。 传统太阳能电池吸收光子，每一光子被分开进入到电子及质子，所剩余的振动能量会生成热。洛斯阿拉莫斯所发展的太阳电池是用铅-硒奈米晶体做成，具有特殊的效应，称为撞击游离化(impact ionization)，照射到电池上的每一个光子会生成两个或三个电子 3.非晶硅钝化技术和n型沉底 HIT 电池技术主要为日本三洋公司所有，通过充分利用非晶硅