【教学课件】第三章太阳能电池的材料种类及其物性.ppt

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1、第三章 太陽能電池的材料種類及其物性,3-1太陽能電池的材料種類3-2太陽能電池的元件種類3-3太陽能電池的基本物性,內容大綱,本章節將討論以及探討的內容，主要有三大部分：太陽能電池的材料種類太陽能電池的元件種類太陽能電池的基本物性,52,3-1太陽能電池的材料種類,代表性太陽能電池材料的種類以及分類，如圖3-1所示的。,圖3-1 代表性太陽能電池材料的種類以及分類,52,3-1太陽能電池的材料種類,太陽能電池用多晶矽原材料的主要生產廠商：德國Socmic公司挪威REC公司美國Hemlock Semiconductor公司日本Tokuyama公司德國Wacker Chemie公司日本Mitsu

2、bishi Materials公司美國MEMC Electronic Materials公司美國ASiMi公司(Advanced Silicon Materials LLC)等。美國Hemlock公司，是由美國Dow Corning公司、日本Mitsubishi Materials公司、以及日本Shi-Etsu Handotai公司所合資成立的公司。,53,3-2太陽能電池的元件種類,代表性太陽能電池元件的種類以及分類，如圖3-1所示的。,圖3-1 代表性太陽能電池材料的種類以及分類,54,3-2太陽能電池的元件種類,太陽能電池的元件種類，因其接面形態的不同：單接面型(Single-Junct

3、ion)太陽能電池元件多重接面型(Multiple-Junction)太陽能電池元件太陽能電池的元件種類，因其接面材質的不同：同質接面型(Homo-Junction)太陽能電池元件異質接面型(Hetero-Junction)太陽能電池元件,54,3-2太陽能電池的元件種類,第四世代太陽能電池的種類，依其元件結構體的設計分類：堆疊型(Tandem)光波頻譜轉換型(Spectral Conversion)中間能帶型(Intermediate Band)熱載子型(Hot Carrier),55,3-2太陽能電池的元件種類,圖3-2代表性太陽能電池元件的分類,55,單能隙及單接面型太陽能電池的能量損失

4、，其主要的型態：輻射損失(Radiative Losses)次能隙損失(Sub Bandgap Losses)熱游離損失(Thermionic Losses),3-2太陽能電池的元件種類,圖3-3代表性太陽能電池元件的能量損失型態,57,能量釋放方式的種類：能帶內的能量釋放(Intra-Band Energy Relaxation)能帶間的能量釋放(Inter-Band Energy Relaxation),3-2太陽能電池的元件種類,圖3-4代表性太陽能電池元件的能量釋放型態,57,電子電洞對再復合的基本機制：光子的發射(Light Emission)聲子的發射(Phonon Emissio

5、n)歐傑效應(Auger Effect),3-2太陽能電池的元件種類,59,3-2太陽能電池的元件種類,圖3-5代表性太陽能電池元件的電子電洞對再復合機制,59,3-3-1太陽能電池的材料物性,圖3-6代表性鑽石立方晶格結構(a)以及閃鋅礦立方晶格結構(b)的示意圖,62,3-3-1太陽能電池的材料物性,圖3-7代表性結晶方向 100、結晶方向族、結晶面(100)、以及結晶面族 100 的示意圖,62,3-3-1太陽能電池的材料物性,圖3-8代表性晶圓片的 111 n型矽半導體、100 n型矽半導體、111 p型矽半導體、以及 100 p型矽半導體等示意圖,63,3-3-1太陽能電池的材料物性

6、,表3-1不同種類太陽能電池，其基本物性的優點、缺點、以及發展方向,65,3-3-1太陽能電池的材料物性,66,表3-1不同種類太陽能電池，其基本物性的優點、缺點、以及發展方向,太陽能電池元件的基本特性：輸出特性(Output Characteristics)光譜感度特性(Spectral Characteristics)照度特性(Illumination Characteristics)溫度特性(Temperature Characteristics)非相配特性(Miss Match Characteristics)二極體特性(Diode Characteristics),3-3-2太陽能電

7、池的基本特性,64,一、輸出特性(Output Characteristics),3-3-2太陽能電池的基本特性,圖3-9太陽電池元件的電流(i)-電壓(v)特性關係圖,67,3-3-2太陽能電池的基本特性,68,3-3-2太陽能電池的基本特性,68,3-3-2太陽能電池的基本特性,圖3-10太陽能電池元件的等效電路示意圖,69,3-3-2太陽能電池的基本特性,圖3-11 太陽能電池元件的電壓、電流、以及電功率的曲線關係示意圖,70,二、光譜感度特性,3-3-2太陽能電池的基本特性,圖3-12太陽能電池元件的光譜感度特性,71,三、照度特性 在照度特性方面，太陽光的照度大小，將影響太陽能電池元

8、件的電流-電壓特性,3-3-2太陽能電池的基本特性,圖3-13太陽能電池元件的照度特性,72,四、溫度特性在溫度特性方面，半導體元件的能隙大小，將因材料、元件、以及製程等因素，而有所差異性的，如圖3-14所示,3-3-2太陽能電池的基本特性,圖3-14太陽能電池元件的溫度特性,73,五、非相配特性或不整合率特性 六、二極體特性太陽能電池胞是由兩種不同屬性的半導體所構成的二極體元件，而此一二極體元件特性即是太陽能電池的二極體特性，如圖3-15所示,3-3-2太陽能電池的基本特性,74,3-3-2太陽能電池的基本特性,圖3-15太陽能電池元件的二極體特,74,在太陽能電池胞及其模組的輸出量測方面，

9、其輸出量測輸出量測是一種可變負載方式的，而其主要的量測方式：X-Y記錄器方式(X-Y Record Measurement)電容負載方式(Capacitance Loading Measurement)偏電壓電源方式(Bias Voltage Source Measurement)電子負載方式(Electronic Loading Measurement),3-3-3太陽能電池的特性量測,76,一、X-Y記錄器方式 在X-Y記錄器方式量測上，有電阻負載兩端子型的(a)以及電源負載四端子型的(b)等兩種，如圖3-16所示 X-Y記錄器量測方式(X-Y Record Measurement)，是測量太陽電池元件輸出特性的最簡單的方法。在圖3-16(a)所示,3-3-3太陽能電池的特性量測,76,3-3-3太陽能電池的特性量測,圖3-16X-Y記錄器量測方式的基本原理示意圖,76,二、電容負載量測方式,3-3-3太陽能電池的特性量測,圖3-17電容負載量測方式的基本原理示意圖,77,三、偏電壓電源量測方式,3-3-3太陽能電池的特性量測,圖3-18偏電壓電源量測方式的基本原理示意圖,78,四、電子負載量測方式,3-3-3太陽能電池的特性量測,圖3-19電子負載量測方式的基本原理示意圖,79,