太阳能电池的基本原理及其结构

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太陽能電池的製作第二章太陽能電池的基本原理及其結構P2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第二章太陽能電池的基本原理及其結構P32-1太陽能電池的基本原理表2-1物理式電池以及化學式電池的種類以及其分類28第二章太陽能電池的基本原理及其結構P4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29第二章太陽能電池的基本原理及其結構P5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31第二章太陽能電池的基本原理及其結構P62-1-1量子力學以及光電效應32pn空間電荷區域pXnXbi(qV)電位能障礙dqNpXbiV()電位能aqNnX(E)電場FiF(E)(E)本質費米能階費米能階(1)元件結構(2)能帶3(3)Coul/cm)電荷密度(,nXnXpXpX(4)電場分佈(5)電位能分佈FiE圖2-2p-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第二章太陽能電池的基本原理及其結構P7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2-1-1量子力學以及光電效應33第二章太陽能電池的基本原理及其結構P82-2太陽能電池的基本結構33(a)矽晶型太陽能電池構造np受光面電極背面電極抗反射膜p-n接合(b)非晶矽型或疊積型(堆疊型)太陽能電池構造nipp受光面電極背面電極抗反射膜ni圖2-3p-n接面型太陽能電池元件的基本結構及其組成第二章太陽能電池的基本原理及其結構P92-2太陽能電池的基本結構34圖2-3p-n接面型太陽能電池元件的基本結構及其組成第二章太陽能電池的基本原理及其結構P102-2太陽能電池的基本結構34圖2-4p-n接面型太陽能電池元件的能帶示意圖bi(qV)電位能障礙導電帶價電帶接面區域p型半導體電洞能隙(Eg)n型半導體電子費米能階第二章太陽能電池的基本原理及其結構P11太陽能電池附有負載的等效電路(EquivalentCircuit)，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35(a)入射太陽光線LI(b)電壓(V)F(I)電流入射太陽光線二極體LI負載電壓(V)F(I)電流電流(I)二極體圖2-5太陽能電池元件附有負載的(a)以及無負載的(b)等效電路第二章太陽能電池的基本原理及其結構P12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(a)入射太陽光線LI(b)電壓(V)F(I)電流入射太陽光線二極體LI負載電壓(V)F(I)電流電流(I)二極體第二章太陽能電池的基本原理及其結構P13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35(qV/kT)SLII[exp1]I第二章太陽能電池的基本原理及其結構P14由圖2-6(b)可以得知：短路電流(ShortCircuitCurrent,ISC)開放電路或斷路電壓(OpenCircuitVoltage,VOC)最大電流值(MaximumCurrent,Im)最大電壓值(MaximumVoltage,Vm)2-2太陽能電池的基本結構35第二章太陽能電池的基本原理及其結構P152-2太陽能電池的基本結構36(a)電流-電壓示意圖(b)元件參數示意圖太陽能電池特性曲線二極體特性曲線電流(I)電流(I)電壓(V)電壓(V)00opVocVopIshImaxIshImaxVocVopopocshVIVI：操作電壓：操作電流：斷路電壓：短路電流maxmaxVI：最大電壓值：最大電流值圖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)示意圖第二章太陽能電池的基本原理及其結構P16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(FillFactor,FF)的定義為：2-2太陽能電池的基本結構37minmminLOCinP/P100%(I)(V)/P100%(FF)(I)(V)/(P)100%mmLOCFF(I)(V)/(I)(V)第二章太陽能電池的基本原理及其結構P17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38電流(I)負載sR串聯電阻入射太陽光線二極體LI電壓(V)並聯電阻shR圖2-7太陽能電池有串聯電阻負載的等效電路示意圖第二章太陽能電池的基本原理及其結構P18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-JunctionSolarCell)異質接面型太陽能電池元件(Hetero-JunctionSolarCell)2-2太陽能電池的基本結構39第二章太陽能電池的基本原理及其結構P19單晶圓片型矽太陽能電池的生產流程，其內容如下：2-3太陽能電池的製作43拉晶修角切片蝕刻及拋光清洗擴散銀漿印刷蒸鍍圖2-9單晶圓片型矽太陽能電池的生產流程