太阳能电池的基本原理及其结构
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接面區域 電子 p 型半導體 費米能階 n 型半導體 能隙 (Eg) 價電帶 電洞
電位能障礙 (qVbi )
導電帶
圖2-4
10
p-n接面型太陽能電池元件的能帶示意圖
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構 P 34
2-2太陽能電池的基本結構
太陽能電池附有負載的等效電路 (Equivalent Circuit)，包含：
Pm / Pin 100% (Im )(Vm ) / Pin 100% (FF)(IL )(VOC ) /(Pin ) 100%
形狀因子 (Fill Factor, FF) 的定義為：
FF (Im )(Vm ) /(IL )(VOC )
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構 P 37
第二章 太陽能電池的基本原理 及其結構
2-1 2-2 2-3
太陽能電池的基本原理 太陽能電池的基本結構 太陽能電池的製作
內容大綱
本章節的內容，主要地是簡述式討論
太陽能電池的基本原理 太陽能電池的基本結構 太陽能電池的製作
2
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 28
2-1太陽能電池的基本原理
表2-1
物理式電池以及化學式電池的種類以及其分類
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構 P 28
3
2-1-1量子力學以及光電效應
一般太陽能電池所使用的核心材料是半導 體材料，在自然界中的半導體材料種類：
有機半導體材料 無機半導體材料
在無機半導體材料方面：
矽系列半導體材料 化合物系列半導體材料 陶瓷系列半導體材料
4
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 29
2-1-1量子力學以及光電效應
在矽材料之中，摻雜第五族的元素於其內， 則所形成的半導體是帶有較多電子的n型 半導體 倘若摻雜第三族的元素於其內，則所形成 的半導體是帶有較多電洞的p型半導體 當p型半導體以及n型半導體接合在一起的 時候，因為兩端的自由電子以及電洞濃度 不同而產生擴散現象，p型半導體中的電 洞濃度較高的，而向n型半導體方面擴散
IL
入 射 太 陽 光 線
電流 (IF )
二 極 體
電 負 壓 (V) 載
太陽能電池沒有負載的等效電路圖 (a) 如圖2-5(b)
入 射 太 陽 光 線
電流 (IF )
圖2-5 太陽能電池元件附 有負載的 (a) 以及 無負載的 (b) 等效 電路
IL
二 極 體
電 壓 (V)
(b)
Xn
qNa Xn
圖2-2 p-n接面型半導體 元件結構、能帶、 位能、以及電場分 布的示意圖
X p 電場 (E)
(4) 電場分佈
Vbi 電位能 ( )
(5) 電位能分佈
X p
Xn
6
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
(a) 電流 - 電壓示意圖
圖2-6 太陽能 電池元件的電流 電壓關係曲線 (a) 以及短路電流、 斷路電壓、最大 電流值、以及最 大電壓值等參數 (b) 示意圖 P 36
15
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
2-2太陽能電池的基本結構
太陽能電池元件的理想光電轉換效率或能量 轉換效率 ( ) 為：
14
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 35
2-2太陽能電池的基本結構
電流 (I) 二極體特性曲線
Imax
電流 (I)
Ish
太陽能電池 特性曲線
0
Vop
Voc
電壓 (V)
0
Vmax Voc
電壓 (V)
Iop Ish
Vop：操作電壓 Voc：斷路電壓
Iop：操作電流 Ish：短路電流
Vmax：最大電壓值 Imax：最大電流值 (b) 元件參數示意圖
5
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 31
2-1-1量子力學以及光電效應
空間電荷區域
(1) 元件結構
p
Xp
Xn
n
(2) 能帶
本質費米能階 (EFi ) 費米能階 (EF )
(qVbi ) 電位能障礙
EFi
qNd (3) 電荷密度( ,Coul / cm3 ) X p
抗反射膜 (b) 非晶矽型或疊積型 ( 堆疊型 ) 太陽能電池構造
圖2-3
8
p-n接面型太陽能電池元件的基本結構及其組成
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構 P 33
2-2太陽能電池的基本結構
圖2-3
9
p-n接面型太陽能電池元件的基本結構及其組成
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構 P 34
2-2太陽能電池的基本結構
13
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 35
2-2太陽能電池的基本結構
由圖2-6(b)可以得知：
短路電流 (Short Circuit Current, ISC) 開放電路或斷路電壓 (Open Circuit Voltage, VOC) 最大電流值 (Maximum Current, Im) 最大電壓值 (Maximum Voltage, Vm)
P 32
2-1-1量子力學以及光電效應
太陽電池元件以及發光二極體元件，均
是含有兩個電極的二端子型元件
太陽電池元件是光電效應
發光二極體元件是電光效應
7
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 33
2-2太陽能電池的基本結構
受光面電極 背面電極 n p
抗反射膜
p-n 接合
(a) 矽晶型太陽能電池構造 受光面電極 背面電極 n i p n i p
12
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 35
2-2太陽能電池的基本結構
太陽能電池元件的理想電流 - 電壓 (I-V) 特性，可表示為：
I IS[exp
(qV/ kT)
1] IL
此一公式所繪製的曲線，分布於直角座標 第四象限所圍的區域 所得四方形的面積大小即是最大輸出功率， 如圖2-6(a) 所示
電流源 (IL) 二極體飽和電流 (IS) 電阻 (RL) 入
射 太 陽 光 線
IL
電流 (I)
Hale Waihona Puke Baidu
電流 (IF )
圖2-5 太陽能電池元件附 有負載的 (a) 以及 無負載的 (b) 等效 電路
二 極 體
電 負 壓 (V) 載
(a)
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第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 35
2-2太陽能電池的基本結構
電位能障礙 (qVbi )
導電帶
圖2-4
10
p-n接面型太陽能電池元件的能帶示意圖
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構 P 34
2-2太陽能電池的基本結構
太陽能電池附有負載的等效電路 (Equivalent Circuit)，包含：
Pm / Pin 100% (Im )(Vm ) / Pin 100% (FF)(IL )(VOC ) /(Pin ) 100%
形狀因子 (Fill Factor, FF) 的定義為：
FF (Im )(Vm ) /(IL )(VOC )
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構 P 37
第二章 太陽能電池的基本原理 及其結構
2-1 2-2 2-3
太陽能電池的基本原理 太陽能電池的基本結構 太陽能電池的製作
內容大綱
本章節的內容，主要地是簡述式討論
太陽能電池的基本原理 太陽能電池的基本結構 太陽能電池的製作
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第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 28
2-1太陽能電池的基本原理
表2-1
物理式電池以及化學式電池的種類以及其分類
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構 P 28
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2-1-1量子力學以及光電效應
一般太陽能電池所使用的核心材料是半導 體材料，在自然界中的半導體材料種類：
有機半導體材料 無機半導體材料
在無機半導體材料方面：
矽系列半導體材料 化合物系列半導體材料 陶瓷系列半導體材料
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第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 29
2-1-1量子力學以及光電效應
在矽材料之中，摻雜第五族的元素於其內， 則所形成的半導體是帶有較多電子的n型 半導體 倘若摻雜第三族的元素於其內，則所形成 的半導體是帶有較多電洞的p型半導體 當p型半導體以及n型半導體接合在一起的 時候，因為兩端的自由電子以及電洞濃度 不同而產生擴散現象，p型半導體中的電 洞濃度較高的，而向n型半導體方面擴散
IL
入 射 太 陽 光 線
電流 (IF )
二 極 體
電 負 壓 (V) 載
太陽能電池沒有負載的等效電路圖 (a) 如圖2-5(b)
入 射 太 陽 光 線
電流 (IF )
圖2-5 太陽能電池元件附 有負載的 (a) 以及 無負載的 (b) 等效 電路
IL
二 極 體
電 壓 (V)
(b)
Xn
qNa Xn
圖2-2 p-n接面型半導體 元件結構、能帶、 位能、以及電場分 布的示意圖
X p 電場 (E)
(4) 電場分佈
Vbi 電位能 ( )
(5) 電位能分佈
X p
Xn
6
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
(a) 電流 - 電壓示意圖
圖2-6 太陽能 電池元件的電流 電壓關係曲線 (a) 以及短路電流、 斷路電壓、最大 電流值、以及最 大電壓值等參數 (b) 示意圖 P 36
15
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
2-2太陽能電池的基本結構
太陽能電池元件的理想光電轉換效率或能量 轉換效率 ( ) 為：
14
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 35
2-2太陽能電池的基本結構
電流 (I) 二極體特性曲線
Imax
電流 (I)
Ish
太陽能電池 特性曲線
0
Vop
Voc
電壓 (V)
0
Vmax Voc
電壓 (V)
Iop Ish
Vop：操作電壓 Voc：斷路電壓
Iop：操作電流 Ish：短路電流
Vmax：最大電壓值 Imax：最大電流值 (b) 元件參數示意圖
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第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 31
2-1-1量子力學以及光電效應
空間電荷區域
(1) 元件結構
p
Xp
Xn
n
(2) 能帶
本質費米能階 (EFi ) 費米能階 (EF )
(qVbi ) 電位能障礙
EFi
qNd (3) 電荷密度( ,Coul / cm3 ) X p
抗反射膜 (b) 非晶矽型或疊積型 ( 堆疊型 ) 太陽能電池構造
圖2-3
8
p-n接面型太陽能電池元件的基本結構及其組成
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構 P 33
2-2太陽能電池的基本結構
圖2-3
9
p-n接面型太陽能電池元件的基本結構及其組成
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構 P 34
2-2太陽能電池的基本結構
13
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 35
2-2太陽能電池的基本結構
由圖2-6(b)可以得知：
短路電流 (Short Circuit Current, ISC) 開放電路或斷路電壓 (Open Circuit Voltage, VOC) 最大電流值 (Maximum Current, Im) 最大電壓值 (Maximum Voltage, Vm)
P 32
2-1-1量子力學以及光電效應
太陽電池元件以及發光二極體元件，均
是含有兩個電極的二端子型元件
太陽電池元件是光電效應
發光二極體元件是電光效應
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第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 33
2-2太陽能電池的基本結構
受光面電極 背面電極 n p
抗反射膜
p-n 接合
(a) 矽晶型太陽能電池構造 受光面電極 背面電極 n i p n i p
12
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 35
2-2太陽能電池的基本結構
太陽能電池元件的理想電流 - 電壓 (I-V) 特性，可表示為：
I IS[exp
(qV/ kT)
1] IL
此一公式所繪製的曲線，分布於直角座標 第四象限所圍的區域 所得四方形的面積大小即是最大輸出功率， 如圖2-6(a) 所示
電流源 (IL) 二極體飽和電流 (IS) 電阻 (RL) 入
射 太 陽 光 線
IL
電流 (I)
Hale Waihona Puke Baidu
電流 (IF )
圖2-5 太陽能電池元件附 有負載的 (a) 以及 無負載的 (b) 等效 電路
二 極 體
電 負 壓 (V) 載
(a)
11
第二章 太陽能電池的基本原理及其結構
P 35
2-2太陽能電池的基本結構