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匿名
匿名 發問於 科學及數學化學 · 1 十年前

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太陽能發展史

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  • 1 十年前
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    太 陽 電 池 發 展 史

    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。

    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。

    在光-電轉換的過程中,事實上,並非所有的入射光譜都能被太陽電池所吸收,並完全轉成電流。有一半左右的光譜因能量太低(小於半導體的能隙),對電池的輸出沒有貢獻,而再另一半被吸收的光子中,除了產生電子-電洞對所需的能量外,約有一半左右的能量以熱的形式釋放掉,所以單一電池的最高效率約在25%左右,目前實驗室所發出來的效率,幾乎可達到理論值的最高水準。唯因製造過程複雜量產不易,因此價格普遍過高,不符合經濟效益。這也是目前太陽電池發展最大的瓶頸。工業界一直在尋找降低成本的方法,目前所獲的的成果包括:

    捨棄傳統的CZ與FZ長晶方式,改用鑄造矽晶錠(Silicon Ingot Casting)的方式。

    不用輪盤鋸切割晶錠,改用線鋸的方式切割,如此可節省約30 % 的材料成本。

    ASE America 公司所研發出Edge-defined Film-fed Growth(EFG)的拉晶方法,此方法可拉出中空的八角形柱體,利用雷射切割就可得到10x10㎝2的晶片,可節省材料在切割上的損失。

    採用薄膜技術,此方法可大量節省製造所需的材料,被認為是最具有低成本潛力的方式。

    用薄膜技術製造的主要材料包括:非晶矽(a-Si),硒化銦銅(Copper Indium Diselenide,CISe2),碲化鎘(CdTe),雖然薄膜技術被認為是最具有潛力的方式,但是目前還沒有任何一個量產的技術,能夠達到下列的要求:

    沉積薄膜的速率在每分鐘一微米以上。

    沉積的溫度在600度C以下。

    薄膜的厚度在十微米以下。

    成長的晶粒(Grain Size)大小在一微米以下。

    少數載子的擴散長度超過十微米。

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