緒論

第一章 緒論

1.1 研究背景

20 世紀初，由於石油與各種石化燃料的發現與應用，社會快速的進步，生 活也越來越便利，各式各樣的工廠也紛紛成立；但無止盡的經濟活動，使得能源 使用量越來越大，使用的燃料也越來越多，由於燃燒石化燃料會產生許多溫室氣 體與有毒氣體，對環境造成了嚴重的破壞。 於是許多環保組織紛紛成立，並且 呼籲這個問題的嚴重性，各國也開始重視這個問題，成立能源導向的研究機構，

以增加各式各樣的替代能源。

替代能源包含太陽能、風力、潮汐能、地熱等等…，其中風力、潮汐能、地 熱等等需要在特定的地區才能運行，在發展上有限制，而太陽能沒有地區的限制 而且有穩定的供給，取之不盡用之不竭，與其他綠能相較之下較有可能取代火力 發電，因而成為目前的發展重心。

目前市場上所使用之太陽能電池多為矽晶材料，由於其效率發展已接近理論 極限之 29%，因此若要繼續提升太陽能電池之效率必須仰賴其他材料，於是開始 將效率較高使用於太空中之三五族化合物材料運用在太陽能發電上；但由於其材 料於聚光下擁有較高的效率且較昂貴，因此大多配合聚光系統以提升效率和降低 材料成本，而近期由於成長材料之技術精進，多接面之三五族化合物轉換效率提 升非常快速[1]，效率的提高會降低半導體內之熱的產生，又由於聚光型模組技 術提升，使得冷卻能力與聚光精準度提升，因此目前之目標為將聚光倍率提升至 1000 倍或更高之聚光倍率，而其成本將會大幅下降至矽材料太陽能電池之 1/10 左右，對於太陽能發電之普及非常具有潛力；但由於在如此高之聚光下太陽能電 池會因熱使其效率下降，而如何解決此問題為目前發展之重要目標之一。

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1.2 研究動機與目的

為了減低太陽能發電的土地成本，於是開始使用聚光時擁有較高效率且操作 溫度較高的太陽能晶片利用於聚光下，但由於在高聚光下，操作的溫度已經非常 高，若再使用一般的柵狀電極，很容易因電子無法順利傳導而聚集在晶片某個部 分產生高溫，導致晶片燒毀。本篇論文主要是藉由改變電極佈署，改善電流因無 法順利傳導而產生的分佈不均勻，解決上述原因造成部分區域累積熱能導至燒毀 的問題，同時利用調整電極圖形，使得串聯電阻降低，以增加晶片的效率。

1.3 文獻回顧

1978年，H.B. Serreze 等人分析柵狀電極漸變(Tapered)與非漸變(Non-tapered) 的功率消耗[2]，分析結果為非漸變的功率消耗較漸變大，因此利用漸變化可以 使得消耗的功率降低進而增加太陽能晶片的效率。隨後1979年A.R. Moore利用假 設電流方向計算出柵狀電極與 Inverted square 電極之功率消耗[3]，並且代入參 數進行分析。1997年，S.OKAMOTO等人，利用c-Si/pc-Si:H結構分別對圖1-1(a) Inverted Square 圖形與圖 1-1(b) 漸變化柵狀電極進行比較[4]，在相同地面積下 進行製作與量測，得到Inverted square 電極圖形擁有較低的附蓋率，且擁有較好 的效率。2001年，Carlos Algora成功的將大小為1mm^２線寬為3m的inverted square 電極圖形，製作於 GaAs 晶片上[5]圖1-2，並且對其作聚光量測，也發現此電極 圖形擁有相當良好的表現。2010年，Bissels 等人比較圖1-3之四種電極圖形[6]，

其中發現當在高聚光時 Inverted Square 電極之消耗功率較其他電極圖形低，如 圖1-4，因此本篇論文主要探討如何優化 Inverted square 電極圖形，降低聚光時 的損耗，以增加轉換效率。

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圖1-1 Inverted Square與漸變化柵狀電極示意圖[4]

圖1-2 Carlos Algora製作之Inverted square電極[5]

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圖1-3 各種樣式電極示意圖[6]

圖 1.4 各種電極圖形之消耗與聚光倍率之關係[6]

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1.4 論文結構

本論文一共分為五章，第一章為緒論首先說明研究背景、研究動機和文獻回 顧，接著第二章介紹太陽能基本原理與特性、種類和聚光特性，第三章介紹電極 相關功率消耗來源、理論推導和分析與模擬分析優化前後之功率消耗與優劣，第 四章說明實驗用之樣品與光罩之佈置和元件之製作程序，第五章將元件量測後之 結果進行討論，驗證第三章之理論與模擬，最後進行結論。(圖 1-5)

圖 1-5 論文架構示意圖

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