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第二章　太陽能電池的基本原理及其結構　P 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 2-1太陽能電池的基本原理 2-1-1量子力學以及光電效應 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 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 2-1-1量子力學以及光電效應 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 2-2太陽能電池的基本結構 2-2太陽能電池的基本結構 2-2太陽能電池的基本結構 2-2太陽能電池的基本結構 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 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 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 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 2-2太陽能電池的基本結構 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 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 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) 2-3太陽能電池的製作 單晶圓片型矽太陽能電池的生產流程，其內容如下： * 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 表2-1 物理式電池以及化學式電池的種類以及其分類 28 29 31 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 33 33 圖2-3 p-n接面型太陽能電池元件的基本結構及其組成 34 圖2-3 p-n接面型太陽能電池元件的基本結構及其組成 34 圖2-4 p-n接面型太陽能電池元件的能帶示意圖 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 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 35 35 36 圖2-6 太陽能電池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 37 38 圖2-7 太陽能電池有串聯電阻負載的等效電路示意圖 39 43 圖2-9 單晶圓片型矽太陽能電池的生產流程