科技與生活

1. S09612005 黃茂傑 S09682005 鍾承佑 太陽能電池 科技與生活

2. 太陽能電池由來 • 太陽能電池製程 • 太陽能電池種類 • 太陽能原理 • 太陽能電池應用

3. 太陽能的由來 • 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，當時研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年蘇聯發射第一顆人造衛星開始，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公司的銥(Iridium)計劃，將使用66顆低軌道的衛星(LEO)，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泛地使用在太空中。

4. 人類發展太陽電池的最終目標，就是希望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，這個值大約為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，連環保問題也可一併獲得解決。目前太陽電池發展的瓶頸主要有兩項因素：一項為效率，另一項為價格。

5. 太陽能電池製程 • 拉晶：主要的原料為二氧化矽，利用晶種在拉晶爐中成長出一單晶矽碇。 • 修角：一般微電子產業所用的晶圓(wafer)，是直接把單晶矽碇切片而成，但對於太陽電池而言，通常必須把許多晶片串聯成一方形陣，為了陣列排列的更緊密，大部分都先將單晶矽碇修角成四方形。 • 切片：用切片機將單晶矽碇切成厚度約0.5毫米的晶圓。 • 蝕刻及拋光：蝕刻的目的是去除在切片過程中所造成的應力層。拋光的目的是要降低微粒(particle)附著在晶圓上的可能性。 • 清洗：用去離子水(DI water)把晶圓表面的雜質污染物去除。 • 擴散：一般太陽電池均採用p型的基板，利用高溫熱擴散的處理，使p型的基板上形成一層薄薄的n型半導體。 • 網印或蒸鍍：將製作完成的晶圓，用銀膠印刷或是用蒸鍍的方法，在晶圓的表面接出導電電極，如此即可完成一個簡單的太陽電池。

6. 太陽能的種類 • 單結晶矽太陽電池 • 多結晶矽太陽電池 • 非結晶矽太陽電池

7. 單結晶矽太陽電池 • 單晶矽電池最普遍，多用於發電廠、充電系統、道路照明系統及交通號誌等，所發電力與電壓範圍廣，轉換效率高，使用年限長，市場佔有率約五成，單晶矽電池效率從11%~24%，太空級 (蒸鍍式) 晶片從16%~24%，當然效率愈高其價格也就愈貴。

8. 多結晶矽太陽電池 • 多晶矽電池的效率較單晶矽低，但因製程步驟較簡單，成本亦低廉，較單晶矽電池便宜20%，因此一些低功率的電力應用系統均採用多晶矽太陽電池。

9. 非結晶矽太陽電池 • 非晶矽電池為目前成本最低的商業化太陽能電池，且無需封裝, 生產也最快 ，產品種類多，使用廣汎，多用於消費性電子產品，且新的應用產品不斷在開發中。其中以砷化鉀電池是最高效率的電池，但成本也最高。

10. 太陽能發電原理 • 當光線照射到P-N結時, 攜帶足夠能量之光子( photon ), 將可破壞晶體共價鍵而產生電子與電洞, 帶正電的電洞由N極區往P極區移動; 帶負電的電子由P極區向N極區移動, 形成電流!

11. 太陽能應用 • 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。 • 消費性電子產品: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。 • 農業：抽水機、灌溉等。 • 其他：冷藏疫苗、茶葉烘焙、學校用電等。

13. 問題 • 太陽能電池分哪幾種?單晶矽、多晶矽、非晶矽 • 最初的太陽能效率?6% • 太陽能電池發展的瓶頸?(兩項)價格、效率 • 太陽能電池的主要材料?二氧化矽 • 成本最高的太陽能電池?非晶矽

14. 資料來源 • http://www.solar-i.com/know.html • http://www.dfrc.nasa.gov/gallery/photo/Pathfinder/Small/index.html • http://ind.ntou.edu.tw/~Energy/energy_group/solar_energy.htm • http://www.nsc.gov.tw/_newfiles/popular_science.asp?add_year=2005&popsc_aid=68