太陽光電技術

太陽光電技術Week 1: Basic concepts

光合作用

再生能源種類• 風能• 太陽能• 水力• 地熱能• 氫能• 生化質能

solar cell

Silicon矽

Crystalline晶矽

Single Crystalline單晶矽

Poly Crystalline多晶矽

Thin Film Poly多晶矽薄膜

Amorphous Thin Film

非晶矽薄膜

Compound化合物

Single Crystalline單晶

Poly Crystalline多晶

Organic cell有機材料

Dye-sensitized solar cell

染料敏化電池

Type of cell Efficienciy (%) Characteristics

Silicon(矽 ) Crystalline (晶形矽 ) 24 high cost

Multicrystalline (多晶形矽 )

18 high cost

Amorphous (非晶形矽 )

13 medium cost,unstable

CuInSe2 (銅銦硒 ) 19 indium expensive

III-V semiconductors (GaAs, InP) (砷化鎵 )

25 High efficiency, high cost

II-VI (CdTe) (銻化鎘 ) 16

Dye-sensitized nanostructured Cells

10 low cost,scale up production

Bipolar AlGaAs/Si 20 high cost

Organic (有機 ) 3-5 low cost,low efficiency

太陽電池種類

電磁波頻譜

太陽光功率 =1500W/m2 ( 大氣上層 )

Figure 2.9: Schematic of AM reference spectra condition

AM1.5G=1000 W/m2 ( 地球表面 )

Figure 2.10: Examples of other realistic atmospheric and air mass conditions compared to AM 1.5

Silicon 的能帶 (energy band)

Principle of silicon solar cells

Valence – conduction bandTransition , one photon producesone e-h pairProblem: 電子電動因庫倫力吸引— Excition, 防害電子的收集P-N Junction

Exciton 的觀念• bound Electron-hole pair 稱為 exciton

A tightly bound exciton

Exciton 之束縛能

實際 Si 太陽電池之結構

Antireflection coating 減少入射光之反射

能量轉換效率 (energy conversion efficiency ， η )

入射太陽光輻射之能量 ( Pin ) 與太陽能電池輸出功率 ( Pmax ) 的百分比標準光源 : AM 1.5 (0.1W/cm2)

X 軸交會點 : 開路電壓 ( open circuit voltage ， VOC )Y 軸交會點 : 短路電流 ( short circuit current ， ISC )

填充因子 FF ( fill factor )

I-V量測示意圖

2400

圖 3-3-1.2 電腦量測示意圖

AM1.5 Filter

IPCE ( Incident photon to current conversion efficiency )

λ : 單色光波長 J : DSSC 光電流密度  Pin : 單色光入射能量

IPCE光譜量測架設圖

Keithley 2400

光纖

樣品座

圖 3-3-3 IPCE光譜量測架設圖

染料對光波長的 IPCE

Theory for Si solar cells: One-diode model

Iph: 入射光產生之電流I0: 二極體飽和電流實際狀況 , 須考慮平行電阻與串聯電阻— Rparallel, Rseries,

2-diode model

理想太陽電池之 I-V 曲線

Rs, Rp 對 I-V 曲線之影響

Series resistance 對 solar cell 電流之效應

Rs 及 Rp 的簡單計算Rs =(dV/dI) at I=0

Rp =(dV/dI) at v =0

Rs-1

Rp-1