太阳能-我们也能.ppt

1、1,太陽能-我們也能,吳仁彰 副教授 靜宜大學應用化學系 2009.01.19,2,Content,Introduction of Solar Cell Experiment test of solar cell,3,Hydropower,Geothermal,Wind,4,Biomass,Solar energy,5,6,I. Introduction,7,History,In 1839 a scientist named Edmond Becquerel described the phenomena known as the photovoltaic (PV) effect. His r

2、esearch showed that certain types of solid matter produce small amounts of electricity when exposed to light.,特定物質照光會產生電流,8,9,10,11,Diode,A two-terminal semiconductor (rectifying) device that exhibits a nonlinear current-voltage characteristic. The function of a diode is to allow current in one dire

3、ction and to block current in the opposite direction.,12,The first of these three layers necessary for energy conversion in a solar cell is the top junction layer (made of N-type semiconductor ). The next layer in the structure is the core of the device; this is the absorber layer (the P-N junction)

4、. The last of the energy-conversion layers is the back junction layer (made of P-type semiconductor).,13,N-type semiconductor,type behavior is induced by the addition of donor impurities, such as arsenic or phosphorus, to the crystal structure of silicon. In N-type semiconductors, electrons are the

5、majority carriers,14,P-N junction,The important characteristic of a P-N junction is that it will conduct electric current with one polarity of applied voltage (forward bias) but will not conduct with the opposite polarity (reverse bias).,15,Principle of photovoltaic device,16,P-type semiconductor,P-

6、type behavior is induced by the addition of acceptor impurities, such as boron, to the crystal structure of silicon. In P-type semiconductors, holes are the majority carriers,17,18,19,II. Application,20,21,Solar Table Lamp,22,23,24,能量轉換效率(Energy conversion efficiency),太陽電池的轉換效率()是以光轉電而收集到得能量與一天中所得到日

7、照射能量作百分比，當太陽電池連接一個電子迴路，Pm為光轉電的收集能量，在除以標準策定條件下的輸入光的能量E(W/m2)和太陽電池的表面積Ac(m2),25,26,A solar cell, made from a monocrystalline silicon wafer.太陽電池的製作原料都使用Si晶圓,27,圖中可以產生6.5KW的雙列式太陽能板， 日後使用在任何的地方如:餐廳、加油站、公園等地。,28,一小片太陽電池可以提供一點點小的電壓電流， 而把數個太陽電池連接可成太陽電池模組， 而數個而數個太陽能電池模組可連接成太陽能板， 主要的太陽能板是把很多小電壓電流連結成較大的電能而輸出，

8、因為這個模組化的太陽能板，太陽電池系統可以設計來應付任何的電子設備， 不管多大或多小。,29,30,31,太陽電池主要的應用是在電力較難取得的地方，如:偏遠區域、衛星、計算機、電報機、抽水幫浦等運用。而太陽能電池(是以module or array呈現)是在大樓屋頂上必須連接經過一個轉換器到電力格裡，時常用在網路量測排定中。,.tw/msge/solar.htm,32,33,光吸收材料(Light-absorbing materials),所有的太陽電池需要一個光吸收材料包含在電池結構去吸收光子及經由光電效應產生電壓電流。,34,矽(Silicon),顯然

9、的最具優勢的太陽能電池塊材為結晶類的矽小型族群C-Si也就是已知的太陽能等級矽(小型族群的C-Si)，也就是太陽能等級矽。,35,砷化鎵(GaAs),高效率的太陽能電池已經被應用在例如：衛星外太空的勘查等需要高效能的地方。這種由多接面組合而成的薄膜是以使用分子束磊晶而產生的。三重接面的電池，例如大都由GaAs、Ge和GaInP2這些類型的半導體皆有特有的能帶的特色，簡單的說在可靠的可見光顏色範圍有很高的吸收光效率或者更適用在吸收電磁的輻射線高於光譜的部份。,36,37,38,39,薄膜(Thin film),薄膜製程技術可以減少塊材材料製照時的使用量(使用矽薄膜)但也降低了光電轉換效率，但是多

10、層薄膜的效率還是比Si晶圓塊材優良,40,碲化鎘(CdTe),碲化鎘在薄膜太陽能電池中是一種高效率的吸光材料。與其他薄膜材料相比，碲化鎘容易做大規模生產。儘管有很多碲化鎘的太陽能電池的毒性討論，這是唯一可以大規模生產的技術(除了非晶矽外)，由First Solar and Antec Solar公司所展示。有一個40MV太陽能裝置在俄亥俄州(美國)，並且一個10MV在德國。,41,碲化鎘太陽電池基本結構,42,染料(Dyes),通常使用釕有機材料作為染料（釕-為中心），作為光吸收的單層材料。這個染料敏化的太陽能電池取決於二氧化鈦的多孔層與奈米微粒，極其放大表面面積(相較下200-300 公尺/

11、公克 二氧化鈦 近乎10 公尺/公克 平整的單晶)由染料吸收的光子產生電子傳導給n-type二氧化鈦，而電洞在染料的另一邊被傳導給電解液。在電解液裡不斷的進行氧化還原結合反應，也可能是液體或者固體中。,43,此圖為染料太陽能電池的結構,44,45,46,Penn State researchers are finding new ways to harness the power of the sun using highly-ordered arrays of titania nanotubes for hydrogen production and increased solar cell

12、 efficiency.,47,48,III. 研究與發展,49,太陽能電池,Los Alamos美國國家實驗室的科學家日前表示，半導體奈米晶體(nanocrystal)受光子衝擊而產生數個電子的現象即載體或帶電體倍增，指電子或空穴(Carrier multiplication)，超出先前預料，可應用於更廣泛的材料。這項發現增進了奈米晶體作為太陽能電池(solar cell)材料以產生更高電力輸出的應用潛力。,50,太陽能電池製程,太陽能電池的生產過程，是將矽原料拉晶成晶棒後，再經過修角、切片、刻蝕後製成矽晶圓，矽晶圓再經清洗、印刷、蒸鍍後即製成太陽能電池。由於單一太陽能電池所輸出的電力有限，

13、為提高發電量，通常會將許多太陽能電池並聯組合、封裝，以製成太陽能電池模板。,.tw/bulletinview.jsp?period=493&bulletinid=22619,51,因此，整個太陽能電池產業包括上游的矽原料、矽晶棒、矽晶圓，中游的電池，以及下游的太陽能板、系統組裝，且呈金字塔型的結構，最上游提供矽原料的廠商全球僅德山化學(Tokuyama)、Hemlock、Wacker、AsiMi四家，但最下游組裝太陽能光電系統的廠商卻多達數千家。換言之，其實太陽能電池產業的供給面乃由四家矽原料廠所掌控。,52,台灣在太陽能領域產值,過去幾年來，台灣在太陽能領域也陸續冒出新芽。單就太陽能電池領域

14、來看，2003年台灣太陽能電池年產值約新台幣10億元，總產量佔全球的1.2%左右，預估在2010年時，產值將可望增加至 140億元，全球產量比重可達10%，這些尚未包括矽晶圓、模組等領域。,53,工研院材料所別出心裁，將太陽能基板裝置於玩具小車上， 車子只要接受光源就能轉動輪軸行走，不需電池供電。,54,Dow Corning利用冶金級矽製造新太陽能材料,Dow Corning日前宣佈已成功利用冶金級矽(metallurgical silicon)製造出太陽能級 (solar-grade)矽材料，只要混合傳統多晶矽原料就能提供卓越的太陽能電池特性，是太陽能技術發展的一項重要里程碑。Dow Co

15、rning PV 1101太陽能級矽材料首創利用新技術從大規模製程生產出具有商業價值的矽原料，已於今夏初開始量產PV 1101，並從八月起大量供貨給客戶。,.tw/html2/NewsD.asp?cid=9&xmlid=47349,55,白天曬太陽蓄能 公交新站牌發光靠太陽(圖),從今天開始，晚上在北二環候車的乘客將能看見連站名都能發光的公交站牌。與普通的燈箱站牌不同的是，這種新站牌的肚子裏既沒有電燈，站牌下也沒有連接電線。它唯一的能源是白天積蓄的太陽能。 記者在雍和宮東站公交站臺看到，太陽能新站牌外表和普通的燈箱站牌很像，沒有通常的太陽能蓄電光板。站牌頂部雍和宮東站五個字發出紅光。挨近這種站

16、牌，感覺不到通常燈箱站牌的熱量，光線也比較柔和。,56,57,Experimental of Solar Cell,58,製作色素增感型太陽能電池,acetylacetone 1mL,H2O 10mL,製備TiO2漿糊,P-25 TiO2 30g,均勻攪拌,40mL H2O,Triton X-100 1mL,1.均勻攪拌 2.靜置15 min,TiO2漿糊,59,製作TiO2電極,以丙酮洗淨，烘乾， 那一面為導電面,導電面邊緣貼上膠帶寬度0.3cm,塗覆TiO2漿糊,1.撕下膠帶 2.150 1hr,TiO2電極,60,製作Au電極,1.以丙酮超音波水槽內震洗透明導電玻璃基板(ITO)。 2.

17、清洗完畢取出後，置入烘箱烘乾，並以三用電錶量測那一面為導電面 ，導電面朝上放置。 3.利用濺鍍機於透明導電玻璃上，鍍上一層Au，厚度為100nm，Au電極完成。,製作電解質溶液,於樣品瓶內裝入20 mL的丙醯碳酸酯(propylene carbonate)，加入0.254 g的碘(I2)以及1.66 g的碘化鉀(KI)，均勻混合後電解質溶液即配製完成。,製作色素溶液,於樣品瓶加入裝入0.05g的dye，加入3 ml的丙酮，均勻混合後色素溶液即配製完成。,61,組裝Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs),1.取一Au電極與TiO2電極， Au面與TiO2面，面對面錯開3mm 對貼，2邊以長尾夾固定。 2.牙籤沾取少許AB膠將3邊之縫隙封住， 以滴管吸取少許電解質溶液，滴一兩滴電解液於奈米太陽能電池未封往的一邊，讓其藉由毛細作用吸入整個(DSSCs)之中。待電解液完全充滿整個奈米太陽能電池後，將剩下尚未封住的一邊封住。 3.剪下兩片長2 cm寬3 mm 銅膠帶，貼在兩側露出之透明導電玻璃上，做為電池輸出端。,62,ph