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1、太陽電池發展史太陽電池的發展，最早可追溯自1954年由Bell實驗室所發明出來 的，當時硏發的動機是希望能提供偏遠地區供電系統的能源，那時太陽 電池的效率只有6%。接著從1957年蘇聯發射第顆人造衛星開始，一 直到1969年美國太空人登陸月球，太陽電池的應用可說是充分發揮。 雖然當時太陽電池的造價昂貴，但其對人類歷史的貢獻，卻是金錢所不 能衡量的。近年來全球的通訊市場蓬勃發展，各大通訊計劃不斷提出， 例如Motorola公司的金衣(iTidium)計劃?將使用66顆低軌道的衛星(LEO) 5 Bill Gates之Teledesic計劃?預計將使用840顆LEO衛星，這些都將促 使太陽電池被廣
2、泛地使用在太空中。人類發展太陽電池的最終目標，就是希祟能取代目前傳統的能源。 我們都知道太陽的能量是取之不盡用之不竭的，從太陽表面所放射出來 的能量，換算成電力約3.8x1023 kW ；若太陽光經過一億五千萬公里的 距離，穿過大氣層到達地球的表面也約有1.8x1014 kW，這個値大約爲 全球平均電力的十萬倍大。若我們能夠有效的運用此能源，則不僅 能解決消耗性能源的問題,連環保問題也可倂獲得解決。目前太陽電 池發展的瓶頸主要有兩項因素：一項爲效率，另一項爲價格。木观純池組列 (Solar Array)市電 (City Power)1aQa a a電力開節器 (Power Coridition
3、ery)畜電池(Battery)負載(Load)太陽電池的簡介太陽電池是一種能量轉換的光電元件，它是經由太陽光照射後，把 光的能量轉換成電能，此種光電元件稱爲太陽電池(Sol加Cell)。從物理 學的角度來看，有人稱之爲光伏電池(Photovoltaic，簡稱PV)，其中的photo 就是光(light) 5 而 voltaic 就是電力(electricity) 太陽電池的種類繁多，若依材料的種類來區分，可分爲單晶矽(single ciystal silicon)、多晶矽(polycrystal silicon)、耳卩晶矽(amorphous silicon，簡 稱a-Si)IH-V族包括：
4、碑化錄(GaAs)、磷化錮(InP)、磷化錄錮(InGaP)、 II-VI族包括：确化编(CdTe)、硒化錮銅(CuInSe 2)等。第個太陽電池是在1954年由貝爾實驗室所製造出來的，當時硏究 的動機是希望能替偏遠地區的通訊系統提供電源，不過由於效率太低(只 有6%)，而且造價太高(357美元应)，缺乏商業上的價値。就在此時， 開創人類歷史的另項計畫一太空計畫也正在如火如荼地展開中;因爲太 陽電池具有不可取代的重要性，使得太陽電池得以找到另片發展的天 空。從1957年當時的蘇聯發射第一顆人造衛星開始，太陽電池就肩負著 太空飛行任務中項重要的角色，一直到1969年美國人登陸月球，太陽 電池的發
5、展可以說到達一個顛峰的境界。但因爲太陽電池造價昂貴，相 對地使得太陽電池的應用範圍受到限制。到了 1970年代初期，由於中 東發生戰爭，石油禁運，使得工業國家的石油供應中斷造成能源危機, 迫使人們不得不再度重視將太陽電池應用於電力系統的可行性。1990年以 後，人們開始將太陽電池發電與民生用電結合，於是與市電倂聯型太 陽電池發電系統(grid-connected photovoltaic system)開始推廣5此觀念是 把太陽電池與建築物的設計整合在一起，並與傳統的電力系統相連結， 如此我們就可以從這兩種方式取得電力，除了可以減少尖峰用電的負荷 外，剩餘的乘力還可儲存或是冋售給電力公司。此一
6、發電系統的建立可 以舒緩籌建大型發電廠的壓力，避免土地徵收的困難與環境的破壞。近 年來，太陽電池不斷有新的結構與製造技術被硏發出來，其冃的不外乎 是希望能降低成本，並提高效率。如此太陽電池才可能全面普及化，成 爲電力系統的主要來源。太陽電池的原理在1930年代發現，電解質電池照光時電流將會增加，證明了光生 電流的現象，一直到1954年第一個矽製的太陽電池終於被製造出來， 當時的效率只有6%。太陽電池的發電原理，可以用一構造最簡單的單晶矽太陽電池來說 明。所謂的單晶矽，就是指矽原了與矽原了間按照順序規則的排列。我 們知道5矽(Si)的原子序爲14，一其電了組態爲ls2 2s2 2p6 3s2 3
7、p2 ?其中 內層的10個電了(ls2 2s2 2p6) 5被原了核緊密的束縛著?而外層的4個 電了(3s2 3p2 )受到原了核的束縛較小，如果得到足夠的能量，則可使其 脫離原了核的束縛而成爲自由電了，矽原子外層的這四個電子乂稱爲價 電子?而矽的晶體結構是屬於鑽石晶體結(diamond ciystal stmcture)、每 個矽原了與鄰近的四個矽原了形成共價鍵，如果我們在純矽之中摻入三 價的雜質原子，例如硼原子(B)，此三價的雜質原子，將取代矽原子的位 置，因爲硼原了只有三個價電了可與鄰近的矽原子形成共價鍵，所以在 硼原了的周圍會產生一個空缺，可供電了塡補，此一可塡補電子的空缺 即稱爲電洞
8、。電洞在電學中可視爲一可移動且帶正電的載了(carrier)，因 爲電洞可以接受一個電子，所以摻入的三價雜質原子乂稱爲受體(acceptor)而一個摻入三價雜質的半導體，即稱爲p型半導體。同理，如果我們在純矽之中摻入五價的雜質原子，例如磷原子(P)，此五價的雜質原了，將取代矽原了的位置，因爲磷原子具有五個價電T，其中的四個價電了分別與鄰近的四個矽原了形成共價鍵，而多出一 個自由電了 該電子爲一帶負電的載子因爲五價的雜質原子可提供一 個自由電了，故稱此五價的雜質原子爲施體(donoi)，而摻了施體的半導 體稱爲n型半導體。一般太陽電池是以摻雜少量硼原子的p型半導體當作基板 (substrate)
9、，然後再用高溫熱擴散的方法，把濃度略高於硼的磷摻入p型 基板內，如此即可形成一凹接面，而p-n接面是由帶正電的施體離子 與帶負電的受體離子所組成，在該正、負離子所在的區域內，存在著一 個內建電位(built-in potential)，此內建的電位，可驅趕在此區域中的可移 動載了，故此區域稱之爲空乏區(depletion region)。當太陽光照射到一 p-n 結構的半導體時，光子所提供的能量可能會把半導體中的電了激發出 來，產生電了電洞對，電子與電洞均會受到內建電位的影響，電洞往 電場的方向移動，而電了則往相反的方向移動。如果我們用導線將此太 陽電池與一負載(load)連接起來，形成一個迴
10、路(loop)，就會有電流流過 負載，這就是太陽電池發電的原理。反射防止膜averf reflex membranepn接合部pn Joinfn層n coatcoat00uo o(o 0 0 o 0 o O o 0 o O o O o Qo o襄直電極surface electrodeelectionelectric hole太陽電池的應用太陽電池應用的範圍非常廣，可分爲下列幾項：電力：大功率發電系統、家庭發電系統等。通訊：無線電力、無線通訊等。消費性電了產品：計算機、手錶、電動玩具、收音機等。 交通運輸：汽車、船舶、交通號誌、道路照明、燈塔等。(5)農業：抽水機、灌溉等。其他：冷藏疫苗、茶葉
11、烘焙、學校用電等。隨著電子科技的快速發展，各種電子產品也是日新月異，其中通訊 與資訊產品，更成爲人類口常生活中，不可缺少的LI常用品，諸如大哥 大的手機、掌上型電腦與個人數位助理(PDA)等，這些電了產品都必須 要有電源供應才能發揮功能。因爲電池沒電而英雄無用武之地的窘境， 相信很多人都曾發生過，而這個問題即將在太陽能衣的上市後成爲歷 史。最近德國的科學家洛雅恩與拉恩林硏製出一種太陽能纖維，這種太 陽能纖維是由三層非結晶矽與兩層導電電極所組成。當太陽光照射時， 可使上層的電極產生自由電了，這些自由電了經由內建電場的作用，穿 過中間的非結晶矽層而抵達下層的電極，即形成個基本的電池結構。 據稱這種太陽能纖維製成的衣服還可以放入洗衣機內洗滌！未來只要 人們穿上這種太陽能衣，就不用再擔心自己隨身攜帶的電了產品，面臨沒電而一切停擺的命
