族半导体太阳能电池介绍之课后报告.doc

Ⅲ—Ⅴ族半導體太陽能電池介紹之課後報告 劉得示所一年級 目前地球面臨兩大問題，一是能源急遽減少，另一是生態環境受到嚴重破壞；石化燃料所產生的二氧化碳使大氣中二氧化碳含量每年增加1ppm以上，造成全球性的溫度上升，加上各種環境破壞與污染產生，以致地球無法維持正常生態。以往我國能源政策以核能發電、火力發電為主，及部分的水力與風力發電，極少利用太陽能這種天然、無污染的能源來發電。由愛因斯坦所提出的光電效應可知，光能與電能可以互相轉換，此即為太陽能電池的發電原理。目前太陽能電池的種類約略可分為：三五族化合物半導體、單晶矽與多晶矽三種。三五族太陽能電池的光電轉換效率雖高，但是相當昂貴，常用於國防用途；單晶矽與多晶矽太陽能電池優點是較為便宜，但是轉換效率不高，無法當主要的發電來源。所以利用光學薄膜以提高太陽能電池的轉換效率，為一重要的課題。?太陽能電池是一種可以將能量轉換的光電元件，其基本構造是運用P型與N型半導體接合而成的。半導體最基本的材料是“矽”，它是不導電的，但如果在半導體中掺入不同的介質，就可以做成P型與N型半導體，再利用P型半導體有個電洞，與N型半導體多了一個自由電子的電位差來產生電流，所以當太陽光照射時，光能將矽原子中的電子激發出來，而產生電子和電洞的對流，這些電子和電洞均會受到内建電位的影響，分别被N型及P型半導體吸引，而聚集在兩端。此時外部如果用電極連接起來，形成一個迴路，這就是太陽能電池發電的原理。 簡單的說，太陽光電的發電原理，是利用太陽能電池吸收0.4μm～1.1μm波長(針對矽晶)的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。 由於太陽電池產生的電是直流電，因此若需提供電力给家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉換器，換成交流電，才能供電到家庭用電或工業用電。 太陽能電池結構圖 在這許多不同的太陽能電池當中，高轉換效率最高的就屬「聚光型太陽能電池」，。它的原理是以三五族化合物半導體材料，製成太陽能電池晶片，利用聚光鏡將太陽能量聚集在太陽能晶片上。聚光鏡可使單一太陽能晶片接收到數百倍的太陽光能量，光電轉換率高達35％，又可大幅減少太陽能電池晶片的使用量，沒有大面積的困擾，很適合在都會區的高樓安裝使用，但缺點在於單價較高。德國太陽能源系統研究所(Fraunhofer ISE) 近日發表新太陽能電池科技，可將光電轉換率提高至37.6%，創目前歐洲太陽能科技的歷史新高，也是德國致力推展三五族太陽能電池平價化的重大突破。 這項由歐盟Fullspectrum研究計劃支持，ISE研究所Frank Dimroth博士領導的「三五族磊晶與太陽能電池」研究小組的必威体育精装版成果是: 透過30奈米尺厚的穿隧二極體(tunnel diode) ，自動將太陽光光譜分成三種不同波長的光源，接著再聚光到由鏻化銦鎵(GaInP)、砷化銦鎵(GaInAs)、鍺(Ge)三種材料製成的多接面太陽光能電池集中系統，使陽光光照集中度達1700倍，高效的進行光能吸收，大幅提升光電轉換率至37.6%。 三五族太陽能電池即所謂的高效率聚光型多接面太陽能電池磊晶片，早期多應用於航太衛星產業，長期來因造價昂貴一直無法平價量產。但是由於其具有高光電轉換率的特殊性，也就是三五族半導體材料在太陽能集光系統的科技應用，可創造出比傳統矽晶材或非矽晶材太陽能電池更高的轉換率，因此ISE研究所早看好此科技前景，已密集投入這項主題逾十年。根據Compound Semiconductor的報導，以17%轉換效率的矽晶圓太陽能電池一個足球場面積，可產出500KW之電力，若以多接面化合物半導體太陽能電池500倍之聚光效率，則約可產出500MW之電力，發電效率提升約1,000倍，其在高效率聚光型太陽能發電系統 (HCPV)上，更因轉換效率高、所需土地面積小等特性，成為發電廠的另一可能選項。 在油價高漲、全球致力於降低二氧化碳之排放量避免暖化效應惡化下備受矚目，聚光型太陽能，可望在多晶矽晶圓產能吃緊，中短期內難以紓解的產業現況下逐步提高市占率。