第二章 太陽能電池原理與簡介
2.1 太陽能電池的基本原理
太陽能電池的原理必須從光電效應(photoelectric effect)開始講起；1887 年，德國物理學者海因里希·赫茲(Heinrich Hertz)發現，紫外線照射到金屬 電極上可以幫助產生電火花[27]。1905 年，阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)發表論文《關於光產生和轉換的一個啟發性觀點》，給出了光電效
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圖 2 太陽能電池發電原理示意圖[29]
在 P-N 半導體接合處，由於有效載子濃度不同而造成的擴散，將會產生一 個由 N 指向 P 的內建電場；因此當光子被接合處的半導體吸收時，所產生 的電子將會受電場作用而移動至 N 型半導體處，電洞則移動至 P 型半導體 處。如此便能在兩側累積電荷，若以導線連接即可產生電流。
2.2 太陽能電池的種類與介紹
太陽能電池的材料種類繁多，有非晶矽(amorphous silicon)、多晶矽 (polycrystalline silicon)、碲化鎘(cadmium telluride, CdTe)、CuInxGa(1-x)Se2 等半導體的、或三五族、二六族的元素鏈結的材料等。其設計上主要透過不 同的製程和方法，測試對光的反應和吸收，適當利用能隙之間的配合，讓短 波長或長波長都可以全盤吸收的革命性突破，來降低材料的成本。太陽能電 池型式上可分作基板式與薄膜式；基板式在材料上又可分單晶式、相溶後冷 卻而成的多晶式基板；薄膜式則可和建築物有較佳的結合性，它具有曲度，
6 (copper indium selenide, CIS)、銅銦鎵硒化物(copper indium gallium selenide, CIGS)、砷化鎵(gallium arsenide, GaAs)第三代電池與前代電池最大的不同是 製程中導入有機物和奈米科技。種類有光化學太陽能電池、染料光敏化太陽
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代的重要性，使得太陽能電池得以找到另一片發展的天空。從 1957 年當時 的蘇聯發射第一顆人造衛星開始，太陽能電池就肩負著太空飛行任務中一 項重要的角色；一直到 1969 年美國人登陸月球，太陽能電池的發展可以說 到達一個顛峰的境界。但因為太陽能電池造價昂貴，相對地使得太陽能電池 的應用範圍受到限制。到了 1970 年代初期，由於中東發生戰爭、石油禁運；
使得工業國家的石油供應中斷造成能源危機，迫使人們不得不再度重視將 太陽能電池應用於電力系統的可行性。1990 年以後，人們開始將太陽能電 池發電與民生用電結合，於是「與市電併聯型太陽能電池發電系統(grid-connected photovoltaic system)」開始推廣(圖 3)[31]，此觀念是把太陽能電池 與建築物的設計整合在一起，並與傳統的電力系統相連結，如此我們就可以 從這兩種方式取得電力，除了可以減少尖峰用電的負荷外，剩餘的電力還可 儲存或是回售給電力公司。此一發電系統的建立可以舒緩籌建大型發電廠 的壓力，避免土地徵收的困難與環境的破壞。近年來，太陽能電池不斷有新 的結構與製造技術被研發出來，其目的不外乎是希望能降低成本，並提高效 率。如此太陽能電池才可能全面普及化，成為電力系統的主要來源。
圖 3 與市電併聯型太陽能電池發電系統[31]
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