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太陽能發電

太 陽 能 電 池

太 陽 能 發 電 系 統 的 基 本 組 成 單 位 是 由 太 陽 能 電 池 組 成 的 發 電 組 件 。

太 陽 能 電 池 通 過 某 些 特 殊 材 料 如  硅  或 硒 中 的 光 電 現 象 把 光 能 轉 化 爲 電 流 。 當 太 陽 光 線 射 到 太 陽 能 電 池 上 的 時 候 , 電 子 被 " 刺 激 " 而 成 爲 " 自 由 電 子 " , 並 在 外 部 電 路 中 流 動 從 而 形 成 電 流 。

動畫顯示太陽能電池的工作原理。 以上文字說明這張圖片。
上 圖 : 動 畫 顯 示 太 陽 能 電 池 的 工 作 原 理

市 場 有 售 的 太 陽 能 電 池 通 常 分 兩 類 : 晶 態 硅 電 池 和 薄 膜 電 池 。 晶 態 硅 電 池 還 可 以 進 一 步 分 爲 單 晶 硅 電 池 和 多 晶 硅 電 池 。 薄 膜 電 池 包 括 非 晶 矽 電 池 、 銅 銦 鎵 二 硒 太 陽 能 電 池 (CIS) 和 鎘 碲 薄 膜 太 陽 能 電 池 (CdTe) 。 下 圖 顯 示 的 是 商 用 太 陽 能 電 池 的 分 類 。  

FraunhoferInstituteforSolarEnergySystems。 以上文字說明這張圖片。

上 圖 來 源 :

單 晶 硅 ﹝ 矽 ﹞ 電 池 - Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems
多 晶 硅 ﹝ 矽 ﹞ 電 池 - Lanitis Solar
銅 銦 鎵 二 硒 太 陽 能 電 池 (CIS 電 池 ) - Solar World

太 陽 能 電 池 的 性 能 可 以 由 " 能 量 轉 換 效 率 " 來 表 達 , 即 是 太 陽 光 能 轉 化 爲 電 能 的 轉 化 效 率 。 早 期 的 硅 電 池 只 有 大 概 百 分 之 幾 的 轉 化 效 率 。 而 目 前 市 場 上 的 太 陽 能 電 池 轉 化 效 率 可 以 接 近 20 % ( 一 些 特 殊 的 設 計 可 以 超 過 20 % ) , 而 一 些 特 別 制 造 的 電 池 和 試 驗 性 的 電 池 可 以 超 過 30 % 。 ( 必 須 指 出 , 發 電 組 件 的 轉 換 效 率 通 常 低 於 其 組 成 單 位 發 電 電 池 的 轉 換 效 率 ; 而 整 個 發 電 裝 置 的 轉 換 效 率 又 低 於 其 組 成 發 電 組 件 的 轉 換 效 率 , 意 即 電 池 效 率 > 組 件 效 率 > 系 統 效 率 。 )

單 晶 硅 電 池 
單 晶 硅 電 池 是 由 硅 晶 體 切 割 出 來 的 薄 片 ( 圓 晶 ) 所 造 出 來 的 。 硅 晶 體 的 制 造 過 程 , 是 把 預 定 生 長 方 向 的 晶 核 浸 入 熔 化 了 的 矽 當 中 , 然 後 把 形 成 的 晶 體 非 常 緩 慢 地 提 取 出 來 。 圓 晶 透 過 滲 入 雜 質 而 形 成 p 型 區 及 n 型 區 。 之 後 , 安 裝 上 電 氣 接 線 後 , 便 制 成 單 晶 硅 電 池 。 單 晶 硅 電 池 的 效 率 通 常 在 15 % 到 20 % 之 間 。    

多 晶 硅 電 池 
多 晶 硅 電 池 是 由 硅 鑄 錠 切 割 出 來 的 薄 片 ( 圓 晶 ) 所 造 出 來 的 。 圓 晶 在 滲 入 雜 質 和 安 裝 電 氣 接 線 之 後 , 便 制 成 多 晶 硅 電 池 。 由 於 硅 鑄 錠 在 鑄 成 時 , 會 多 方 向 形 成 晶 體 , 因 此 多 晶 硅 電 池 的 表 面 看 起 來 像 碎 玻 璃 一 樣 。 多 晶 硅 電 池 的 效 率 在 13 % 到 19 % 之 間 。

非 晶 硅 電 池 
非 晶 硅 電 池 是 通 過 在 硬 性 基 質 或 者 是 可 屈 曲 基 質 表 面 ( 一 般 是 不 鏽 鋼 薄 片 ) 上 施 加 一 層 硅 薄 膜 所 造 成 的 。 在 滲 入 雜 質 和 安 裝 電 氣 接 線 之 後 , 便 制 成 非 晶 硅 電 池 。 與 晶 態 硅 電 池 相 比 , 非 晶 硅 電 池 的 優 點 是 制 作 成 本 較 低 , 並 且 可 以 應 用 在 可 屈 曲 的 或 者 質 輕 的 物 體 表 面 。 不 過 , 這 類 電 池 的 缺 點 是 轉 換 效 率 較 低 以 及 光 致 退 化 等 。 非 晶 硅 電 池 組 件 的 轉 換 效 率 通 常 在 6% 到 9% 之 間 。

銅 銦 鎵 二 硒 太 陽 能 電 池 (CIS 電 池 )
CIS 電 池 的 主 體 半 導 體 材 料 是 由 硒 化 銦 銅 與 鎵 或 者 硫 所 合 成 。 這 類 電 池 沒 有 光 致 退 化 的 問 題 , 但 是 在 溼 熱 的 環 境 中 其 穩 定 性 會 有 問 題 。 這 類 電 池 做 成 的 組 件 的 轉 換 效 率 在 薄 膜 電 池 技 術 中 是 最 高 的 , 通 常 在 10 % 到 17% 之 間 。

鎘 碲 薄 膜 太 陽 能 電 池 (CdTe 電 池 )
CdTe cells 電 池 的 主 體 半 導 體 材 料 是 碲 化 鎘 。 碲 化 鎘 作 爲 p 型 吸 收 層 , 覆 蓋 在 n 型 硫 化 鎘 層 上 。 這 類 電 池 做 成 的 組 件 的 轉 換 效 率 在 9% 到 14% 之 間 。