1、第二章第二章 太陽能電池的基本原理太陽能電池的基本原理及其結構及其結構l2-1太陽能電池的基本原理l2-2太陽能電池的基本結構l2-3太陽能電池的製作內容大綱l本章節的內容，主要地是簡述式討論l太陽能電池的基本原理l太陽能電池的基本結構l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P4l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：l有機半導體材料l無機半導體材料 l在無機半導體材料方面：l矽系列半導體材料l化合物系列半導體材料l陶瓷系列半
2、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P5l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 l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 l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32pn空間電荷區域pXnXbi(qV)電位能障礙dqNpXbiV()電位能aqNnX(E)電場FiF(E)(
3、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(,nXnXpXpX(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P7l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l太陽電池元件是光電效應l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
4、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P11l太陽能電池附有負載的等效電路(Equivalent Circuit)，包含：l電流源(IL)l二極體飽和電流(IS)l電阻(RL)2-2太陽能電池的基本
5、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P12l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P13l太陽能電池元件的理想電流-電壓(I-V)特性，可表示為：l此一公式
6、所繪製的曲線，分布於直角座標第四象限所圍的區域 l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 exp1I第二章太陽能電池的基本原理及其結構P14l由圖2-6(b)可以得知：l短路電流(Short Circuit Current,ISC)l開放電路或斷路電壓(Open Circuit Voltage,VOC)l最大電流值(Maximum Current,Im)l最大電壓值(Maximum Voltage,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-
7、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P16l太陽能電池元件的理想光電轉換效率或能量轉換效率()為：l形狀因子(Fill Factor,FF)的定義為：2-2太陽能電池的基本結構 37minmminLOCinP/P100%(I)
8、(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P17l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P18l因接面使用材料的種類而區分，則太陽能電池元件的種類：l同質接面型太陽能電池元件(Homo-Junction Solar Cell)l異質接面型太陽能電池元件(Hetero-Junction Solar Cell)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P19l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
