授課教師:吳知易博士
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太 陽 能 發 電 介 紹<br />
奈 米 太 陽 能 電 池<br />
授 課 教 師 : 吳 知 易 博 士
一 個 典 型 的 太 陽 能 電 池 是 由 玻 璃 、 塑 膠 封 面 或 其 他 壓 縮 物 所 組 成 ,<br />
一 個 抗 反 射 層 (Antireflection coating), 一 個 前 端 接 觸 (Front contact)<br />
來 允 許 電 子 進 入 一 個 電 路 , 一 個 背 端 接 觸 (back contact) 來 允 許 電 子<br />
們 完 成 這 個 電 路 , 以 及 半 導 體 層 (semiconductor) 為 電 子 開 始 與 完 成<br />
他 們 行 進 的 緩 衝 層 。
量 子 效 率 (Quantum efficiency)<br />
量 子 效 率 主 要 是 光 吸 收 的 能 量 與 吸 光 所 產 生<br />
的 電 子 電 洞 數 百 分 比 , 而 這 效 率 又 與 本 身 使 用 何<br />
種 材 料 有 關 ( 如 薄 膜 太 陽 電 池 ), 而 此 量 子 效 率 與<br />
之 前 所 提 到 的 光 電 轉 換 效 率 有 所 影 響 。
能 量 轉 換 效 率 之 比 較<br />
(Comparison of energy<br />
conversion efficiencies)<br />
矽 太 陽 能 電 池 效 率 由 6% 的 非 晶 矽 太 陽 電 池 變<br />
化 到 30% 或 更 高 的 多 接 面 研 究 型 的 電 池 。 太 陽 電<br />
池 能 量 轉 化 效 率 對 於 商 業 可 用 的 薄 膜 單 晶 矽 太 陽<br />
電 池 大 約 14-16% 。 最 高 效 率 電 池 已 不 是 最 有 經 濟<br />
性 了 , 例 如 一 個 30% 效 率 的 多 接 面 電 池 的 材 料 ,<br />
如 砷 化 鎵 或 硒 化 銦 這 些 特 殊 金 屬 , 產 能 低 , 且 要<br />
花 費 許 多 時 間 , 但 是 和 同 樣 的 時 間 與 只 有 8% 效 率<br />
的 非 晶 矽 電 池 相 比 產 能 多 出 許 多 。
光 吸 收 材 料 (Light-absorbing<br />
materials)<br />
所 有 的 太 陽 電 池 需 要 一 個 光 吸 收 材 料 包 含 在 電<br />
池 結 構 中 , 去 吸 收 光 子 及 經 由 光 電 效 應 產 生 電 壓 電<br />
流 。 材 料 用 於 太 陽 電 池 中 須 擁 有 優 先 去 吸 收 接 近 地<br />
表 太 陽 光 波 長 的 特 性 。 光 吸 收 材 料 可 以 常 被 用 在 多<br />
物 理 型 態 去 獲 得 不 同 波 長 吸 收 及 電 荷 分 離 技 巧 的 優<br />
點 。
薄 膜 (Thin film)<br />
現 今 有 許 多 的 薄 膜 太 陽 電 池 得 技 術 , 主 要 是 要<br />
減 少 材 料 在 做 光 吸 收 所 造 成 的 損 失 。 薄 膜 製 程 技<br />
術 可 以 減 少 塊 材 材 料 製 造 時 的 使 用 量 ( 使 用 矽 薄 膜 )<br />
但 也 降 低 了 光 電 轉 換 效 率 , 但 是 多 層 薄 膜 的 效 率<br />
還 是 比 Si 晶 圓 塊 材 好 。
Solar cell application
染 料 (Dyes)<br />
通 常 使 用 釕 有 機 材 料 作 為 染 料 ( 釕 - 為 中<br />
心 ), 作 為 光 吸 收 的 單 層 材 料 。 這 個 染 料 敏 化 的 太<br />
陽 能 電 池 取 決 於 二 氧 化 鈦 的 多 孔 層 與 奈 米 微 粒 , 及<br />
其 放 大 表 面 面 積 ( 相 較 下 200-300 公 尺 ²/ 公 克 二 氧 化<br />
鈦 近 乎 10 公 尺 ²/ 公 克 平 整 的 單 晶 ) 由 染 料 吸 收 的 光<br />
子 產 生 電 子 傳 導 給 n-type 二 氧 化 鈦 , 而 電 洞 在 染 料<br />
的 另 一 邊 被 傳 導 給 電 解 液 。 在 電 解 液 裡 不 斷 的 進 行<br />
氧 化 還 原 結 合 反 應 , 電 解 液 也 可 能 是 液 體 或 固 體 。<br />
這 類 電 池 都 做 成 可 繞 性 材 料 , 通 常 以 印 刷 方 式 大 量<br />
生 產 , 此 製 程 方 式 可 以 降 低 太 陽 電 池 的 成 本 。 但<br />
是 , 在 這 些 電 池 裡 的 染 料 也 在 熱 和 紫 外 光 下 會 逐<br />
漸 裂 化 , 在 裝 配 過 程 中 使 用 的 溶 劑 隔 絕 電 池 罩 , 並<br />
且 密 封 是 困 難 的 , 在 這 十 年 內 一 些 商 業 預 報 與 這 個<br />
受 歡 迎 新 興 技 術 將 一 起 受 到 影 響 。
Supramolecular dyes<br />
could boost efficiency in<br />
solar cells, say scientists<br />
from the UK.<br />
Saif Haque, from<br />
Imperial College, London,<br />
found that<br />
supramolecular dyes gave<br />
a 25% improvement in<br />
performance as compared<br />
to conventional, nonsupramolecular<br />
dyes.
有 機 / 高 分 子 (Organic/polymer)<br />
有 機 半 導 體 薄 膜 ( 厚 度 約 100 nm) 中 含 有 高 分 子 及<br />
小 分 子 化 合 物 , 將 它 們 製 作 成 有 機 太 陽 能 電 池 和<br />
高 分 子 太 陽 能 電 池 , 比 較 常 見 的 有 機 半 導 體 薄 膜<br />
材 料 有 phthalcyanine ( 一 個 藍 或 綠 的 有 機 染 料 ) 及<br />
碳 fullerenes, 迄 今 聚 合 物 太 陽 電 池 的 能 量 轉 換 效<br />
只 能 達 到 4-5% 效 率 , 然 而 這 些 電 池 能 有 效 的 應 用<br />
在 可 繞 式 及 一 次 電 池 使 用 。
Solar cell principles
高 分 子 太 陽 電 池 : 左 邊 是 無 方 向 性 的 異 質 接 面 ,<br />
右 邊 是 有 方 向 性 的 異 質 接 面
奈 米 太 陽 能 電 池<br />
Dye-Sensitized Solar Cells<br />
( 色 素 增 感 型 太 陽 能 電 池 )<br />
17
Solar Cells<br />
The supply of energy from the Sun to the<br />
Earth is 3 x 10 24 Joules/year.<br />
It is about 10,000 times more than the global<br />
population currently consumes.<br />
Covering 0.1% of the Earth’s surface with<br />
solar cells with an efficiency of 10% would<br />
satisfy our present needs.<br />
18
太 陽 光 能 譜
色 素 增 感 型 太 陽 能 電 池<br />
Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs)
色 素 增 感 型 太 陽 能 電 池 工 作 原 理<br />
TiO 2 奈 米 薄 膜
色 素 增 感 型 太 陽 能 電 池 工 作 原 理<br />
透 明 導 電 玻 璃<br />
二 氧 化 鈦<br />
電 解 質<br />
陰 極<br />
色 素 分 子<br />
電 子 注 入<br />
e -<br />
hv<br />
最 大 可 獲 得 電 壓<br />
還 原 態 (I 3- ) 氧 化 態 (I - )<br />
電 解 液 電 位<br />
截 取 電 洞<br />
擴 散<br />
h +<br />
e -
色 素 增 感 型 太 陽 能 電 池 vs.<br />
光 合 作 用<br />
色 素 增 感 型 太 陽 能 電 池<br />
光 合 作 用 機 制 圖
Conventional Solar Cell vs. Dye-<br />
Sensitized Solar Cell<br />
The dye solar cell:<br />
• It is a biomimetic device<br />
• It is a nanoparticle device<br />
• It is a majority-carrier device<br />
• Positive charge transport occurs through ion transport in the<br />
electrolyte, rather than hole conduction<br />
• Its record efficiency confirmed at NREL at 10.4%
如 何 製 作 色 素 增 感 型 太 陽 能 電 池
透 明 導 電 玻 璃 2×2 cm<br />
二 氧 化 鈦 (TiO 2 ) 粉 末<br />
乙 基 丙 酮 (acetylacetone)<br />
界 面 活 性 劑 (Triton X-<br />
100)<br />
丙 醯 碳 酸 酯 (propylene<br />
carbonate)<br />
碘 (I 2 )<br />
碘 化 鉀 (KI)<br />
色 素 (Merchrochrome)<br />
導 電 銅 膠 帶<br />
藥 品 與 器 材
調 配 二 氧 化 鈦 漿 糊 製 作 色 素 增 感 型 太 陽 能 電 池<br />
H 2<br />
O 10mL 乙 基 丙 酮 1mL<br />
TiO 2<br />
30g<br />
均 勻 分 散 後<br />
加 入 40mL H 2<br />
O 稀 釋<br />
二 氧 化 鈦 漿 糊 完 成 !!<br />
靜 置 最 少 十 五 分 鐘 以 上<br />
滴 入 界 面 活 性 劑<br />
Triton X-100 1mL
製 作 二 氧 化 鈦 電 極<br />
製 作 色 素 增 感 型 太 陽 能 電 池<br />
清 洗 , 吹 乾 , 並 確<br />
定 那 一 面 為 導 電 面<br />
於 導 電 面 貼 上 膠<br />
帶 做 為 模 版<br />
TiO 2<br />
漿 糊<br />
500℃ 下 加 熱 一 小 時<br />
撕 下 膠 帶<br />
以 玻 棒 沿 同 一 方 向 塗 抹
TiO 2<br />
奈 米 薄 膜
製 作 色 素 增 感 型 太 陽 能 電 池<br />
製 作 白 金 電 極<br />
以 丙 酮 、 酒 精 等 溶 劑 於 超 音 波 水 槽 內 震 洗 透 明 導 電 玻 璃 基 板 (ITO)<br />
。<br />
清 洗 完 畢 取 出 後 , 以 氮 氣 槍 吹 乾 , 並 以 三 用 電 錶 量 測 那 一 面 為 導<br />
電 面 , 導 電 面 朝 上 放 置 。<br />
利 用 濺 鍍 機 於 透 明 導 電 玻 璃 上 , 鍍 上 一 層 白 金 , 白 金 電 極 完 成 。<br />
於 導 電 面 鍍 上 一 層 白 金<br />
調 配 電 解 質 溶 液<br />
於 樣 品 瓶 內 裝 入 20 mL 的 丙 醯 碳 酸 酯 (propylene carbonate), 加<br />
入 0.254 g 的 碘 (I 2 ) 以 及 1.66 g 的 碘 化 鉀 (KI), 均 勻 混 合 後 電 解 質 溶<br />
液 即 配 製 完 成 。<br />
此 電 解 液 應 避 免 光 照 , 因 此 在 不 使 用 時 可 用 鋁 鉑 紙 包 裹 , 或 是 存<br />
放 在 沒 有 光 照 的 地 方 。
製 作 色 素 增 感 型 太 陽 能 電 池<br />
吸 附 色 素 分 子 於 二 氧 化 鈦 表 面<br />
取 一 培 養 皿 , 撒 上 少 許 色 素 (Merchrochrome), 再 加 入 適 量 酒<br />
精 做 為 溶 劑 , 將 二 氧 化 鈦 電 極 浸 泡 其 中 , 浸 泡 時 間 約 12~18 小<br />
時 。<br />
浸 泡 完 畢 後 , 取 出 待 其 自 然 陰 乾 , 再 以 氮 氣 槍 吹 乾 , 保 持 乾 燥<br />
! 需 注 意 避 免 水 氣 吸 附 在 二 氧 化 鈦 電 極 表 面 , 以 免 影 響 奈 米 太<br />
陽 能 電 池 之 效 率 。<br />
Staining the TiO 2<br />
with Dye<br />
Mercurochrome (merbromin)
製 作 色 素 增 感 型 太 陽 能 電 池<br />
組 裝 奈 米 太 陽 能 電 池<br />
取 一 白 金 電 極 與 二 氧 化 鈦 電 極 , 白 金 面 與 二 氧<br />
化 鈦 面 , 面 對 面 錯 開 5 mm 對 貼 , 在 其 兩 側 各<br />
夾 一 片 PE 膜 做 為 間 隙 子 (spacer), 並 以 長 尾<br />
夾 固 定 。<br />
將 上 述 固 定 好 之 樣 品 放 於 加 熱 板 上 ,160℃ 下<br />
加 熱 三 分 鐘 , 使 PE 膜 受 熱 固 定 往 兩 片 電 極 。<br />
以 滴 管 吸 取 少 許 電 解 質 溶 液 , 滴 一 兩 滴 電 解 液<br />
於 奈 米 太 陽 能 電 池 未 封 往 的 一 邊 , 讓 其 藉 由 毛<br />
細 作 用 吸 入 整 個 奈 米 太 陽 能 電 池 之 中 。<br />
待 電 解 液 完 全 充 滿 整 個 奈 米 太 陽 能 電 池 後 , 以<br />
牙 籤 沾 取 少 許 AB 膠 , 將 剩 下 尚 未 封 住 的 兩 邊<br />
封 住 。<br />
剪 下 兩 片 長 2 cm 寬 5 mm 銅 膠 帶 , 貼 在 兩 側<br />
露 出 之 透 明 導 電 玻 璃 上 , 做 為 電 池 輸 出 端 。
製 作 色 素 增 感 型 太 陽 能 電 池<br />
成 品 展 示
色 素 增 感 型 太 陽 能 電 池<br />
Dye-Sensitized Solar Cell (DSC)
藥 品 與 器 材<br />
藥 品 名 稱 廠 商 聯 絡 電 話<br />
透 明 導 電 玻 璃 (ITO) 正 太 科 技 (03) 4342-538<br />
導 電 銅 膠 帶 晧 睿 科 技 (02)2555-5888<br />
二 氧 化 鈦 (TiO 2 ) 粉 末 (TG-P25) 景 明 化 工 (06) 2538-143<br />
乙 基 丙 酮 (acetylacetone) 景 明 化 工 (06) 2538-143<br />
界 面 活 性 劑 (Triton X-100) 景 明 化 工 (06) 2538-143<br />
丙 醯 碳 酸 酯 (propylene<br />
carbonate)<br />
景 明 化 工 (06) 2538-143<br />
碘 (I 2 ) 景 明 化 工 (06) 2538-143<br />
碘 化 鉀 (KI) 景 明 化 工 (06) 2538-143<br />
色 素 (Merchrochrome) 景 明 化 工 (06) 2538-143
塑 膠 片 上 的 太 陽 能 電 池
Photovoltaic devices for the transformation<br />
of solar energy into electricity
The mechanism of electrical<br />
conductivity between metal oxide<br />
(TiO 2 ) and anchor groups<br />
(1) Carboxylate-based organic dye anchored on TiO 2 .<br />
O<br />
C<br />
O<br />
Ti<br />
O<br />
O<br />
R<br />
R<br />
C<br />
O O<br />
Ti Ti<br />
O O O<br />
Monodentate (MC) Bidentate (BC)
The mechanism of electrical<br />
conductivity between metal oxide<br />
(TiO 2 ) and anchor groups<br />
(2) Phosphonate-based organic dye anchored on TiO 2 .<br />
R<br />
OH<br />
P<br />
O<br />
O<br />
R<br />
O<br />
P<br />
OH<br />
O<br />
O<br />
R<br />
P<br />
O<br />
O<br />
O<br />
Ti<br />
O<br />
O<br />
Ti<br />
O<br />
Ti<br />
O<br />
O<br />
Ti<br />
O<br />
Ti<br />
O<br />
Ti<br />
O<br />
Monodentate (MP)<br />
Bidentate (BP)<br />
Tridentate (TP)<br />
J. Phys. Chem. B 2004, 108, 14093-14101
The most important figures of merit<br />
describing the performance of a solar<br />
cell<br />
Open circuit voltage<br />
Short circuit current<br />
Fill factor<br />
(power conversion) efficiency<br />
The fill factor is given by the quotient<br />
of maximum power (yellow rectangle<br />
in the figure) and the product of open<br />
circuit voltage and short circuit<br />
current (white rectangle); it therefore<br />
decribes the “squareness” of the<br />
solar cell’s current-voltage<br />
characteristics. The efficiency is the<br />
ratio of maximum power to incident<br />
radiant power – typically radiated by<br />
the sun. E.g., a well-known detailed<br />
balance calculation for inorganic<br />
single gap solar cells gives a<br />
theoretical maximum of about 30%<br />
power conversion efficiency
Serial resistance and parallel resistance<br />
Rs<br />
CPE1<br />
CPE2<br />
Rct1<br />
Rct2<br />
N<br />
The ohmic serial resistance (R s ) corresponds to the<br />
electrolyte and the FTO resistance and the resistances R ct1 ,<br />
R ct2 and R diff correspond to the charge transfer process<br />
occurring at the Pt counter electrode, the<br />
TiO 2 /dye/electrolyte interface and the Warburg diffusion<br />
process of I/I 3 in the electrolyte, respectively.
太 陽 電 池 的 材 料<br />
太 陽 輻 射 之 光 譜 , 主 要 是 以 可 見 光 為 中 心 , 其 分 佈 範 圍 從 0.3 μm 之 紫 外<br />
光 到 數 微 米 之 紅 外 光 為 主 , 若 換 算 成 光 子 的 能 量 , 則 約 在 0.4 eV 到 4 eV 之<br />
間 , 當 光 子 的 能 量 小 於 半 導 體 的 能 隙 , 則 光 子 不 被 半 導 體 吸 收 , 此 時 半 導<br />
體 對 光 子 而 言 是 透 明 的 。<br />
當 光 子 的 能 量 大 於 半 導 體 的 能 隙 , 則 相 當 於 半 導 體 能 隙 的 能 量 將 被 半 導 體<br />
吸 收 , 產 生 電 子 - 電 洞 對 , 而 其 餘 的 能 量 則 以 熱 的 形 式 消 耗 掉 。<br />
理 想 的 太 陽 電 池 材 料 必 須 具 備 有 下 列 特 性 :<br />
1. 能 隙 在 1.1eV 到 1.7eV 之 間 。<br />
2. 直 接 能 隙 半 導 體 。<br />
3. 組 成 的 材 料 無 毒 性 。<br />
4. 可 利 用 薄 膜 沉 積 的 技 術 , 並 可 大 面 積 製 造 。<br />
5. 有 良 好 的 光 電 轉 換 效 率 。<br />
6. 具 有 長 時 期 的 穩 定 性 。
矽 晶 圓 太 陽 能 電 池 面 臨 的 問 題<br />
利 用 光 電 效 率 製 作 太 陽 能 電 池 , 近 期 使 用 的 材 料 是 以 「 矽 」 為 主 的 半 導 體<br />
晶 片 , 且 太 陽 光 中 部 分 光 譜 正 好 滿 足 它 的 能 量 需 求 。 不 過 矽 是 間 接 能 帶 隙<br />
材 料 , 並 非 理 想 的 太 陽 能 電 池 材 料 , 利 用 矽 製 作 太 陽 能 電 池 有 許 多 隱 憂 。<br />
矽 的 製 程 與 耗 能 的 問 題 :<br />
生 產 每 1,000 瓦 矽 太 陽 能 電 池 , 耗 電 量 將 達 到 7.8-9.2 度 ( 千 瓦 小 時 ), 但 1<br />
千 瓦 矽 太 陽 能 電 池 , 在 20 年 的 壽 命 裡 最 多 僅 能 產 生 8~10 度 的 電 。<br />
矽 產 能 缺 料 及 材 料 成 本 問 題 :<br />
近 年 面 臨 主 原 料 矽 材 短 缺 的 壓 力 , 傳 統 矽 晶 圓 太 陽 能 電 池 難 以 符 合 快 速<br />
成 長 的 太 陽 光 電 市 場 需 求 , 使 得 減 少 或 不 需 矽 使 用 量 的 薄 膜 太 陽 能 電 池<br />
成 為 近 來 矚 目 的 焦 點 。<br />
由 於 材 料 特 性 上 的 限 制 , 對 於 結 晶 矽 太 陽 電 池 的 效 率 , 幾 乎 已 經 達 到<br />
最 佳 的 水 準 , 要 再 進 一 步 提 升 的 空 間 有 限 。
台 灣 在 太 陽 能 電 池 產 業 上 仍 缺 乏 上 游 材 料 自 有 供 應 體 系 , 發<br />
展 太 陽 光 電 產 業 很 容 易 受 制 於 缺 料 瓶 頸 , 因 此 轉 換 至 原 料 成<br />
本 較 低 的 薄 膜 太 陽 能 電 池 將 是 未 來 發 展 的 方 向 之 一 。
薄 膜 太 陽 能 電 池<br />
薄 膜 太 陽 能 電 池 , 顧 名 思 義 , 乃 是 在 塑 膠 、 玻 璃 或 是 金 屬 基 板 上 形 成 可<br />
產 生 光 電 效 應 的 薄 膜 , 厚 度 僅 需 數 μm, 因 此 在 同 一 受 光 面 積 之 下 可 較 矽<br />
晶 圓 太 陽 能 電 池 大 幅 減 少 原 料 的 用 量 。<br />
薄 膜 太 陽 能 電 池 種 類 :<br />
矽 薄 膜 類 ( 非 晶 矽 a-Si、 微 晶 矽 c-Si、 堆 疊 型 a-Si/ c-Si 等 )<br />
化 合 物 半 導 體 類 ( 銅 銦 鎵 硒 CIS/CIGS、 碲 化 鎘 CdTe)<br />
染 料 敏 化 類<br />
59
普 遍 薄 膜 太 陽 能 電 池 比 矽 晶 太 陽 能 電 池 轉 換 效 率 低
矽 薄 膜 類 ( 非 晶 矽 a-Si、 微 晶 矽 c-Si、<br />
堆 疊 型 a-Si/ c-Si 等 )<br />
相 較 矽 晶 太 陽 能 電 池 平 均 15% 的 量 產 轉 換 效 率 , 矽 薄 膜 電 池<br />
轉 換 效 率 只 有 矽 晶 太 陽 能 電 池 一 半 左 右 , 不 過 , 更 新 的 堆 疊 式<br />
(tandem junction) 矽 薄 膜 將 能 使 轉 換 效<br />
率 提 高 到 8.5-11%, 同 時 長 時 間 的 衰 減 問 題 較 小 。<br />
矽 薄 膜 由 於 材 料 取 得 容 易 , 且 相 對 環 保 安 全 , 為 目 前 台 灣 薄 膜<br />
太 陽 能 的 主 流 。
化 合 物 半 導 體 類 ( 銅 銦 鎵 硒 CIS/<br />
CIGS、 碲 化 鎘 CdTe)<br />
• 因 為 轉 換 效 率 問 題 的 考 慮 , 化 合 物 半 導 體 型 的 碲 化 鎘 (CdTe) 和 銅 銦 硒<br />
(CIS/CIGS)<br />
成 為 太 陽 能 業 者 著 墨 的 材 料 族 群 , 轉 換 效 率 約 在 10-18% 之 間 , 接 近 矽 晶 太<br />
陽 能 電 池 的 轉 換 效 率 水 準 , 同 時 完 全 替 代 矽 材 料 , 成 本 相 對 較 低 。<br />
不 過 , 碲 化 鎘 薄 膜 電 池 如 果 快 速 規 模 發 展 , 同 樣 會 面 臨 材 料 短 缺 的 疑<br />
慮 , 畢 竟 碲 元 素 相 當 貧 乏 ; 此 外 , 這 種 電 池 大 量 使 用 劇 毒 元 素 鎘 , 也 會 成<br />
為 未 來 發 展 的 限 制 因 素 , 據 了 解 , 儘 管 碲 化 鎘 化 學 性 質 相 對 穩 定 , 若 遭 受<br />
劇 烈 撞 擊 、 焚 燒 、 雷 擊 等 特 殊 情 況 , 仍 有 安 全 疑 慮 。<br />
CIS/CIGS( 銅 銦 硒 化 物 ) 吸 光 範 圍 廣 , 且 穩 定 性 高 , 轉 換 效 率 若 利 用 聚 光<br />
裝 置 的 輔 助 , 實 驗 室 可 達 30%, 標 準 環 境 測 試 下 也 可 達 到 19.5%, 媲 美 單<br />
晶 太 陽 能 電 池 , 採 軟 性 塑 膠 基 板 的 大 面 積 製 程 , 最 佳 轉 換 效 率 也 能 達 到<br />
14% 以 上 。 高 轉 換 效 率 的 銅 銦 硒 化 物 (CIS/CIGS) 成 為 台 灣 薄 膜 太 陽 能 電 池<br />
業 者 的 考 慮 方 向 。
染 料 敏 化 類<br />
除 了 矽 薄 膜 和 化 合 物 半 導 體 薄 膜 , 太<br />
陽 能 業 者 也 持 續 發 展 其 他 材 料 薄 膜 電<br />
池 , 例 如 色 素 敏 化 染 料 薄 膜 電 池 以 及<br />
有 機 導 電 高 分 子 等 。<br />
染 料 敏 化 太 陽 能 電 池 成 本 約 矽 晶 太 陽<br />
能 電 池 的 10-20%, 結 合 染 料 和 奈 米 結<br />
構 電 極 , 不 但 可 作 為 室 內 光 源 發 電 ,<br />
也 不 受 日 照 角 度 影 響 , 缺 點 則 是 轉 換<br />
效 率 低 , 約 4-8%。<br />
63
薄 膜 太 陽 能 電 池 優 點<br />
1. 使 用 矽 較 少<br />
2. 可 使 用 材 料 不 受 限 於 矽<br />
3. 能 源 償 付 期 間 短<br />
4. 應 用 範 圍 廣 ( 可 撓 、 可 透 光 )<br />
5. 可 與 建 材 結 合 , 成 為 建 材 一 體 型 太 陽<br />
能 電 池<br />
64
• 缺 點 : 目 前 的 薄 膜 太 陽 電 池 , 都 有 明 顯 的 製 造 成 本 過 高 或 是<br />
轉 換 效 率 太 低 的 缺 點
薄 膜 太 陽 能 電 池 運 用 實 例
結 論<br />
目 前 薄 膜 太 陽 能 電 池 的 市 佔 率 不 到 一 成 , 其 轉 換 效 率 、 量 產 良 率 、<br />
設 備 成 本 等 問 題 也 待 克 服 , 然 而 薄 膜 太 陽 能 電 池 具 節 省 材 料 、 可 在<br />
價 格 低 廉 的 玻 璃 或 塑 膠 或 不 鏽 鋼 基 板 上 製 造 、 可 大 面 積 製 造 、 可 製<br />
成 可 撓 性 、 容 易 搭 配 建 築 外 牆 施 工 應 用 彈 性 大 等 優 點 , 已 廣 被 各 太<br />
陽 光 電 業 者 、 研 究 機 構 所 看 好 將 是 次 世 代 的 太 陽 光 電 明 星 產 品 。 目<br />
前 台 灣 薄 膜 太 陽 能 投 入 廠 商 包 括 綠 能 (3519-TW)、 聯 相 、 宇 通 、 旭<br />
能 、 奇 美 能 源 、 富 陽 、 大 億 光 能 等 。<br />
綜 合 而 言 , 薄 膜 太 陽 能 電 池 與 傳 統 矽 晶 太 陽 電 池 不 一 定 處 於 相 互 取<br />
代 的 地 位 , 兩 者 間 各 有 不 同 的 發 展 空 間 及 特 性 。 更 重 要 的 是 , 多 元<br />
化 技 術 與 產 品 的 薄 膜 太 陽 能 電 池 擴 展 了 太 陽 光 電 的 可 應 用 領 域 , 有<br />
助 於 整 個 產 業 的 普 及 化 。
太 陽 光 電 系 統 之 應 用<br />
68
太 陽 電 池 的 關 聯 產 品<br />
69
太 陽 能 發 電 系 統 的 種 類
太 陽 能 發 電 系 統 種 類<br />
71
太 陽 能 發 電 系 統 種 類<br />
獨 立 型 (Stand-Alone System)<br />
72
太 陽 能 發 電 系 統 種 類<br />
73
併 聯 型 住 宅 用 太 陽 光 發 電 系 統<br />
74
單 晶 與 多 晶 矽 晶 圓 的 介 紹<br />
75
太 陽 電 池 之 矽 材 料<br />
製 作 過 程<br />
76
單 晶 矽 太 陽 電 池 製 程<br />
77
c-Si solar cells processing<br />
78
多 晶 太 陽 電 池 特 性<br />
79
非 晶 矽 太 陽 電 池 特 性<br />
80
不 同 Si 原 料 的 應 用 與 價 格 (2000 年 底 年 底 )<br />
81
發 電 量 換 算<br />
例 如 : 建 造 一 組 12 kW 的 太 陽 能 模 組 系 統<br />
平 均 一 天 日 照 4 hours<br />
則 發 電 量 為 12kW*4hours = 48 kWhours= 48 度 電<br />
若 以 一 戶 家 庭 平 均 一 天 約 使 用 3kW*4<br />
hours=12kWhours,<br />
則 48kWhours 可 供 應 約 4 戶 家 庭<br />
82
THANK YOU !!<br />
英 國 Boathouse<br />
太 陽 能 遊 艇<br />
Solar shuttle