太陽能板

太陽能板種類介紹

矽原料太陽能電池
        矽原料太陽能電池是目前市面上最為普及常見的一種，其中分為單晶矽、多晶矽、非晶矽等三種不同的結晶方式，其效能特性都略為不同。
 

單晶矽：
             單晶矽太陽能光電池是目前效率最高的晶矽太陽能光電池 (約15-24%)，它與多晶矽太陽能光電池都是以矽結晶半導體製成，所不同的是：多晶矽電池在提煉出高純度結晶矽後直接混合加壓，形成結晶塊後再切割成晶元；而單晶矽電池在製造過程中加入拉晶(長晶)程序，使結晶程序往同一方向前進，因此光電轉換效率較高，也使得成本相對增加。
單晶矽電池為增加光電流量，在製作上需製成淺接面構造(一般0.1-0.2μm)，若接合面太深，則表面生成之少數載子不易達成，再加上表面之再結合速度大時，生成之電子-電洞對將更減少。所以為使短波長領域之感度增加，n 型半導體層需變薄；為使少數載子之擴散距離變大，不可增加不純物濃度。因製成後晶元表面成為深紫色，而被稱為紫色電池(Violet Cell)。圖2-3 中無反射塗覆用途是為減少入射光的反射量，而製成凹凸類金字塔形狀，是為增加入射光量。上部引出電極通常使用銀的化合物(一般用鋇化銀)，面積不宜過大，否則影響入射光量，因而採埋入式電極設計，可降低接觸電阻，增加載子吸收。

多晶矽：
             單晶矽電池效率高，一般使用在大面積電力轉換的發電系統或太空衛星電力上，但成本高是一般業界較難接受的。而多晶矽太陽能光電池的光電轉換效率雖不如單晶矽高(一般10-17%)，但成本比單晶矽低許多，製程上也較簡單，其他原理與單晶矽電池大致相同。另外一點要提出說明的是：晶矽電池在製成後因結晶構造初期並不很穩定，所以剛開始使用的前一、兩年會發生結構劣化問題，這會使得轉換效率降低。不過還好，這種劣化現象會慢慢減少，一般在三年後會停止。晶矽電池在光劣化後轉換效率下降幅度較低，最多不會超過20%；而非晶矽電池則下降幅度較大，有些材質甚至超過50%。

非晶矽：
                     非晶矽太陽能光電池也是矽化合物(SiH4)所製成，其方式大都為：用氣體激發解離成薄膜而成。一般效率都不高，約只有8-13%，但近年來研發技術朝向柔軟與耐用度發展，並與建築材料相結合，可使用在大樓外牆塗裝，或製成半透光玻璃材質，以增加建築建構的附加價值。市售成品不多，大都屬於研發階段，相信日後若投入更多的人力、物力，要提昇效率、降低成本的機會很高。

化合物半導體太陽能電池
        化合物半導體多為Ⅲ-Ⅴ族及Ⅱ-Ⅳ族之化合物，效率雖高但價格昂貴，較適合太空發展應用。此類型常見的種類有砷化鎵(GaAs)、鎘碲(CdS/CdTe)、銅銦鎵二硒(CIGS)三種太陽能電池。

砷化鎵：
        GaAs 屬於Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料，其能隙為1.4eV，高太陽光吸收率， 是很理想的太陽能電池材料。其製程主要採用MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)和LPE(Liquid Phase Epitaxy)技術，將p-型和n-型晶體直接長在晶片基板上，而基板本身通常不參與發電作用。其中MOCVD 方法製備GaAs 薄膜電池受基材結構匹配(lattice match)、反應壓力、Ⅲ-Ⅴ比率、總流量等諸多參數影響，而這樣的磊晶(epitaxy)成長方式優點則在於元件結構可以非常多樣化，例如異接面、超晶格等結構。
       最近Sharp 與Soectrolab 公司都分別發表了三異質接面(GalnP/GalnAs/Ge) Ⅲ-Ⅴ聚光型太陽能電池(concentrator solar cell)其轉換效率達37％以上。隨著新一代四異質接面Ⅲ-Ⅴ聚光型太陽能電池的發展，未來轉換效率將突破40％。

鎘碲：
        此類型薄膜太陽能電池在薄膜式太陽能電池中歷史最為悠久，在1982 年Kodak 首先作出光電效率超過10％之鎘碲太陽能電池，而目前實驗室達成最高效率為16.5％。典型的CdTe 太陽能電池結構主體由約2μm層的P-type CdTe與0.1μm的N-type CdS形成，光子吸收層主要發生於CdTe 層，可吸收約90％以上的光子。目前已知為製造高光電效率CdTe 太陽能電池，不論電池結構如何，均需要使用氯化鎘活化半導體層，可採用濕式或是乾式蒸氣法，乾式法較為工業界採用。
        目前CdTe 商業化產品效率已超過10％，但卻無法躍升為市場主流之原因有以下幾點：
1. 模組與基材材料成本太高。
2. 碲天然蘊藏量有限，勢必供不應求。
3. 鎘的潛在性毒害。

銅銦鎵二硒：
        GIGS 材料隨銦鎵含量的不同其光吸收範圍可從1.02eV 至1.68eV，此項特徵可加以利用於多層堆疊模組。其結構有別於非晶矽型光電池， 主要在於光電層與導電玻璃間有一緩衝層buffer layer)，該層材質通常為硫化鉻(CdS)，載體可使用具可繞性材質，所以製成上可以使用Roll-to-Roll 方式進行。
        GIGS 在高光電效率低材料成本的好處下，面臨三個主要困難需要克服：
1. 製程複雜，投資成本高。
2. 關鍵原料的供應。
3. 緩衝層CdS 潛在毒害。 

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