第一章 緒論
1.2 太陽能電池簡介
太陽能電池依照所使用之材料以及製程之不同，可分為矽基 型、化合物半導體型與有機半導體型三類。
ㄧ、矽基型太陽能電池(5 - 7)
根據結晶形態，矽基型太陽能電池可分為單晶矽(monocrystalline silicon)、多晶矽(polycrystalline silicon)與非晶矽(amorphous silicon)三 類。單晶矽之組成原子均按照一定規則，週期性排列，以單晶矽製 備之太陽能電池轉換效率最高，約為24 %，使用壽命年限亦較長。
但通常所使用之矽半導體基材純度極高，相對地製造成本亦最多。
多晶矽是以熔融態之矽鑄造固化而成，其矽原子堆積方式不只一 種，而是由多種不同排列方向之單晶所組成。多晶矽太陽能電池由 於製程簡單，故成本較低，轉換效率約18-20 %。非晶矽對光之吸收性 比矽強約500倍，只 需 薄 薄 一 層 即 可 將 光 子 之 能 量 有 效 地 吸 收 ， 其 轉 換 效 率 雖 僅 13-14 %，然而因為非晶矽不需使用昂貴之 結晶矽基板，而用較便宜之玻璃、陶瓷或是金屬等基板，如此不僅 可以節省大量之材料成本，亦提高製作大面積之太陽電池之可能性
（結晶矽太陽電池之面積受限於矽晶圓之尺寸）。製造成本為三者間 最低為其最大之優勢，故未來亦具發展潛力。世界上已有多家公司生 產該種電池之產品。例如，美國 uni-solar、solarex，日本三洋電機、
夏普，大陸深圳拓日與德國 Schott Solar。非晶矽薄膜太陽電池之主 要優點是成本低，製備容易，但亦存在嚴重缺點，即性能不穩定，其 光電轉換效率隨光照時間延續而衰減，另外非晶矽薄膜太陽電池之效 率亦較低(9.5 %)。為提升非晶矽電池效率，大多數廠商採用雙層p-i-n 結構（一層非晶矽能階約1.7 eV與一層微晶矽能階約1.4 eV堆疊而成）
串接，使電池可以吸收各種不同波長之光源達到對太陽光最大利用，
進而提升整個之轉換效率
二、化合物半導體型薄膜太陽能電池(5 , 8)
化合物半導體型薄膜太陽能電池則可分為下列幾類，Ⅲ-Ⅴ族 [包括：砷化鎵 (GaAs) 、磷化銦 (InP)、磷化鎵銦 (InGaP) ]、Ⅱ-Ⅵ 族[包括：碲化鎘 (CdTe)、硒化銦銅 (CuInSe)]等。化合物半導體為直 接能隙材料，其能隙於1.1及1.6 eV之間，與太陽光譜匹配度較佳。此 些材料所製作之太陽電池亦都有很高之效率，尤其多接面串疊型 (InGaP/GaAs/InGaAs, multijunction tandem cell)之太陽能電池效率甚
至可以接近40 %。然而製作過程中需於真空及高溫下操作，使得造價 昂貴且並未大量生產，故目前商業市場上仍以矽基型太陽能電池為 主。
三、有機半導體型
有機半導體型太陽能電池具成本低廉、製程簡易、可應用於大 面積化以及具可撓曲性等優點，故近年來度受到各界矚目，本論文 中所研究之染料敏化太陽能電池(5 , 9)即為其中之一 。 然而此系列之 太陽能電池至今尚未量產之主因是在於其轉換效率低、高溫穩定性 不佳及大尺寸太陽能板開發等問題。因此，提高轉換效率與穩定性 則成為目前研究之首要目標。
表1.1 各類型太陽能電池之比較(5)
圖 1.1.a 各類型太陽能電池效率之發展情形(8)
圖 1.1.b 各式種類太陽能電池效率演進圖(16)
1.3 染料敏化太陽能電池