《光电元件期末报告》PPT课件

2020/5/6,1,光電元件期末報告,太陽能電池,2020/5/6,2,目錄:,2020/5/6,3,(一)基本原理,太陽能光電池簡稱為太陽能電池或太陽電池，又稱為太陽能晶片；在物理學上稱為光生伏打(Photovoltaic)，簡稱PV。太陽能電池係一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片，其將高純度的半導體材料加入一些不純物使其呈現不同的性質，如加入硼可形成P型半導體，加入磷可形成N型半導體，PN兩型半導體相結合後，當太陽光入射時，產生電子與電洞，有電流通過時，則產生電力，發電原理可參考下圖。,2020/5/6,4,太陽電池如圖所示，若以矽為材質，則是將兩片純度極高的矽片重疊起來，滲透雜質硼或磷形成P-N接面，另外於各半導體上覆蓋能吸收光線物質的膜，當日光照射於太陽能電池表面時，當光子有足夠的能量，將使P型半導體帶正電，而N型半導體帶負電，在P-N兩端形成電位差，因此在兩極間連結負載，就可以流通電流，只要光線持續照射，即可保持發電狀態。,2020/5/6,5,單晶組態,多晶組態,非晶組態,矽系太陽能電池的材料，主要可以分為單晶矽、多晶矽和非晶矽3大類。在單晶矽的材料中，矽原子具有高度的周期性排列。至於多晶矽是指材料由許多不同的小單晶所構成。而非晶矽則是指整個材料中，只在幾個原子或分子的範圍內，原子的排列具有周期性，甚至在有些材料中，根本沒有周期性的原子排列結構。,(二)太陽能電池材料結構,2020/5/6,6,太陽能電池總類：,2020/5/6,7,太陽能電池的發電能源來自太陽光，而太陽輻射的光譜主要是以可見光為中心，波長從0.3微米的紫外光到數微米的紅外光是主要的分布範圍。如果換算成光子的能量，則大約在0.3到4電子伏特之間，因此能隙大小在這個範圍內的材料，像矽材，會具有比較好的光電轉換效率,太陽能電池光譜轉換效率,顯示UV光、可見光、紅外光的電磁頻譜,2020/5/6,8,各類太陽能電池發電的發電效率及製造方法,2020/5/6,9,2020/5/6,10,(1)太陽能是人類可以利用的最豐富的能源。據估計，在過去漫長的十一億年當中，太陽只消耗了它本身能量的，今後數十億年太陽也不會發生明顯的變化，所以太陽可以作為永久性的能源，取之不盡、用之不竭。它給地面照射分鐘的能量，就足夠全世界使用一年。(2)太陽能是到處都有的，不需要運輸。一般認為，處於南北緯度以內的地區，都有豐富的太陽能可以利用，只要最初花一定的代價，投一筆資金，造好太陽能利用裝置，能量就會源源不斷地自己送上門來，免費供應。期間枝需要花很少一筆設備維修費。(3)太陽能使用時不會帶來污染，不會排放出任何對環境不良影響的物質，是一種清潔的能源。當然，大量使用太陽能之後，由於太陽能的充分利用，結果會使環境的溫度稍微升高，但這種溫升，不致對環境造成不良影響。(4)太陽能對於地球不增加熱載荷，這是太陽能特別重要的優點，所以利用太陽能的系統又稱作無變量的能源系統。因為我們用太陽能作功，雖然最終是變為熱，但是如果我們不用它做功的話，最終也是變為熱。,(三)太陽能電池之優點,2020/5/6,11,(1)雖然到達整個地面太陽能非常巨大，但這種能量非常分散，作為能源，它的密度太低了。因此，太陽能的利用裝置必須具有相當大的面積，才能收集到足夠的功率。但是，面積大，造價就會高。只有當採集能量裝置表面的單位造價相當便宜時，才能經濟合算的使用這太陽能利用器。(2)太陽能受氣候、晝夜的影響很大，到達極不穩定。因此必須有貯存裝置，這不僅增加了技術上的困難，也使造價增加。目前雖然已經製成多種貯存系統，但總是不夠理想，具體應用也有一定困難。,太陽能電池之缺點,2020/5/6,12,太陽能技術的應用以自1950年代的太空科技移轉至一般民生商業用途，隨者成本的降低與環保考量，太陽能電池的使用愈來愈普遍，主要應用在下列範圍。1.家用發電系統：從20W至4kW，視需要量與經濟情況而定2.農業：灌溉及抽水等動力系統3.交通：電動車、充電系統、道路照明系統及交通號誌4.電訊及通訊：無線電力、無線通訊5.備載電力：災害補救6.小功率商品電源7.戶外定位監視系統:電子式公車站牌8.大功率電子發電系統,太陽能電池之應用,2020/5/6,13,夜間不能發電是太陽能電池的一大缺點，但是針對這一個缺點有兩種方式可以克服。第一種方式是把白天的太陽光能轉成其他的能量形式加以儲存，例如蓄電池、飛輪裝置、抽蓄發電廠等，到黑夜的時候再把儲存的能量釋放出來。另外一種方式是美國和日本兩國正在進行的衛星太陽能發電廠計畫（SatelliteSolarPowerStation，SPSS），這一個計畫的工作項目就是在太空中找到一個能夠不斷接受太陽光的地方，例如在赤道附近上空，發射具有太陽能電池或熱能發電系統的衛星，利用人造衛星在太空中吸收太陽能來發電。由於免除了晝夜、溫差及氣候等因素影響，人造衛星可以連續不停且穩定地接收太陽能，再把它轉換為電能，然後以微波的方式傳回地球，經過地球微波接收站接收後，再轉換回來成為電能，輸送到各個地方。在目前，由於科學家們不斷的研究，再加上半導體產業技術的進步，太陽能電池的效率也逐漸增加，而且發電系統的單位成本也正逐年下降。,太陽能電池末來與展望,2020/5/6,14,太陽能電池安全、方便、無污染、取之不盡，用之不竭，但發展至今，仍僅處於起步階段，由於太陽能發電系統生產成本高，如何提昇太陽能電池轉換效率，以降低成本，並擴大太陽能電