【專家解說】：認識太陽能電池 太陽能電池系一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片, 它只要一照到光, 瞬間就可輸出電壓及電流. 而此種太陽能光電池 (Solar cell)簡稱為太陽能電池,或太陽電池(在臺灣的早期翻譯書籍上直接引用日文中的漢字,其實不是battery而是cell), 又可稱為太陽能晶片. 在中國大陸稱為硅晶片,因為中文"硅"是 矽的古字, 矽為現代譯音字. 在物理學上稱為 光生伏打(Photovoltaic),簡稱PV(photo=light光線,voltaics=electricity電力). 矽(silicon)為目前通用的太陽能電池之原料代表, 而在市場上又區分為: 1.單結晶矽 2.多結晶矽 3.非結晶矽. 而目 前市場應用上大多為單晶矽及非晶矽兩大類, 原因是：一.單晶效率最高. 二.非晶價格最便宜, 且無需封裝, 生產也最快. 三.多晶的切割及下游再加工 較不易, 而前述兩種都較易於再切割及加工. 太陽能電池的發電能源來自於光的波長,太陽光是一種全域波長, 而白熾燈的波長與日光燈的波長不同, 太陽能電池以陽 光或白熾燈之波長為較適用, 而太陽能電子計算機上的太陽能電池是屬於 "室內型的非晶" 如果長期拿到戶外曝曬,且串并聯為較大電壓及電流時,將導致其內部連結組織燒斷而損壞,這是過去有人因錯用材料(以為太陽能電池只有一種), 卻誤以為所有的太陽能電池都不實用的原因. 太陽能制造廠商將太陽能電池稱為cell,國內業者則慣稱晶片,把晶片(或依設計所需要的電流進行晶片切割后)焊上箔條導線再將許多焊好的晶片用箔條串聯成一組,再和EVA,tedlar與低鐵質強化玻璃層層疊疊,一同放入層壓機(laminate)的機臺上做真空封裝, 制成module(plane / panel)稱之為模組或稱太陽能板,將若干太陽能板組成方陣(列陣array),接配上過充放保護控制(controller)及深(循環)放電蓄電池(鉛鈣) 以及逆轉流器(inverter直流轉變為交流)合稱為太陽能電力系統,又稱太陽能發電站. 一般太陽能光電商品,其太陽能輸出電流如果在300毫安(mA)以下時,都只會在太陽能板正極輸出端,接裝一個負載極微小的防逆二極體 (schottky diode消基二極體)以防止蓄電池內的電流逆流回到太陽能板,如此就可以接上蓄電池使用. 太陽能板的規格除了外形尺寸之外,另有一些特性數據,其中 Voc=開路電壓, Isc=短路電流, Vmp(Vop)=最大工作電壓, Imp(Iop)= 最大工作電流, Vmp x Imp= W瓦 / (最大)功率.在太陽能商品說明書上所看到的數據均以100mW / cm2(即無云晴天中午的照度12萬LUX) 及攝氏溫度25度,為測試條件(各地氣候不同,一天中符合如此條件的機會很少).所以實際上的應用數據是達不到商品型錄上所號稱那麼高的. 太陽能電池的功能系以其轉換效率作為分等, 以單結晶矽來說: 商業級 (印刷式) 晶片從11%~15%, 特殊定制品從15%~17%, 太空級 (蒸鍍式) 晶片從16%~24%, 當然效率愈高其價格就愈貴,較高效率的晶片要預付款排隊訂購但不一定買得到, 在澳洲1996年世界太陽能車競賽前,Honda就將效率達24%的晶片全部契約買斷,而21%~23%也被其他集團 高價包下,目前地面用太空級晶片只有效率17%~19%的晶片較有機會買得到,但要預約排到6~10個月之后. 值得一提的是：經過幾年來世界太陽能車3000公里競賽的經驗,發現唯有太空式晶片,才能經得起長途跋涉的顛簸震動(焊接點不易脫落),這就是以焊接來說:蒸鍍式晶片與印刷式晶片在移動環境(車用)使用下的效果差異. 換句話說:固定式(靜止)的太陽能電池 模組,可以采用較便宜的印刷式晶片. 但以當今現有的焊接科技而言,在移動(震動)的環境下使用太陽能電池時,目前還是以太空級(蒸鍍式)的太陽能電池較為可靠. 貳 . 單晶太陽能電池的生產介紹 拉晶：主原料為二氧化矽, 在拉晶爐中成長成晶柱. 修角：早期制造太陽能電池的晶柱因無修角, 直接將圓晶柱切片, 所以成品為圓形晶片 現在大多先將晶柱修角成近似四方柱形. 切片：用切片機將修成近似四方柱形的晶柱, 一片片的切成薄片(像切 方形火腿片),一般切到約0.4~0.5mm的厚度. 刻蝕:化學刻蝕及拋光成為0.3mm的薄片(wafer). 清洗：用純水將薄片洗凈. 擴散及銀漿印刷：經由擴散爐處理后,制成N型上層及P型下層, 再將晶片表面及背面分別用銀 漿印刷成輸出電路, 一般表面為負極, 背面為正極, 經由摹擬陽光儀作功率檢測及品管分級后,即為商業成品. 蒸鍍：如將表面及背面不經過絲網印刷, 而改采光刻及坩鍋蒸鍍式制造抗反射層與表面的輸出導線, 再加上其他特殊技術, 如此可提高太陽能電池的轉換效率. 但坩鍋的容納有限生產量較少, 蒸鍍耗時生產速度較慢, 其成本及售價將提高許多; 太空式單晶片即采用此法. (制造常規商業級的薄片電阻約0.5 ~3歐姆,有些太空式的薄片電阻需低於0.01歐姆以下---馬丁格林電池E~24%,澳洲) 參 . 三種市場上流通的太陽能電池 單結晶矽太陽電池 SINGLECRYSTAL 多結晶矽太陽電池 POLYCRYSTAL 非結晶矽太陽電池 AMORPHOUS 目前,在美國的一位華裔李姓科學家,采用 銅銦亞鹽酸(copper indium diselenide)制成新的太陽能電池, 其轉換效率與結晶矽太陽能電池相當,而價格與重量卻下降了許多.(但是,距上市可能還要一段時間) 另外,德國 ISE 以矽粉制成較低價的："結晶薄膜太陽能電池" 商業市場的明日之星 單晶薄膜太陽能電池 .太陽能電池實用化的最重要的問題,就是要開發出性能與價格比"能更高的晶片"，實際上太陽能電池成份中參與光電轉換的,僅是半導體表面上幾微米的薄薄一層。目前科學家們已經能成功的利用外延生長技術制成p－n結合，與傳統晶片材料中的p－n結合相比,面積減少了很多倍。用此種p－n結合制作積體電路時可大量減小寄生電容與基片和布線間的電容，較利於高速化,又組件之間的間隔減少，也利於高密度化,組件之間沒有相互影響，更便於設計和布置。有了這些特點更加符合大型積體電路的高速度、與高密度的要求。 目前最常用也是最成功的制成技術,是采用熱分解SiH4氣體的氣相沈積法，在藍寶石上沈積得到單晶矽薄膜,拜研究IC業界努力之賜,單晶薄膜太陽能電池搭此便車,將會加快商品化,及早問世.