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认识太阳能电池
太阳能电池系一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片, 它只要一照到光, 瞬间就可输出电压及电流. 而此种太阳能光电池 (Solar cell)简称为太阳能电池,或太阳电池(在台湾的早期翻译书籍上直接引用日文中的汉字,其实不是battery而是cell), 又可称为太阳能晶片. 在中国大陆称为硅晶片,因为中文"硅"是 矽的古字, 矽为现代译音字. 在物理学上称为 光生伏打(Photovoltaic),简称PV(photo=light光线,voltaics=electricity电力).
矽(silicon)为目前通用的太阳能电池之原料代表, 而在市场上又区分为: 1.单结晶矽 2.多结晶矽 3.非结晶矽. 而目 前市场应用上大多为单晶矽及非晶矽两大类, 原因是：一.单晶效率最高. 二.非晶价格最便宜, 且无需封装, 生产也最快. 三.多晶的切割及下游再加工 较不易, 而前述两种都较易於再切割及加工.
太阳能电池的发电能源来自於光的波长,太阳光是一种全域波长, 而白炽灯的波长与日光灯的波长不同, 太阳能电池以阳 光或白炽灯之波长为较适用, 而太阳能电子计算机上的太阳能电池是属於 "室内型的非晶" 如果长期拿到户外曝晒,且串并联为较大电压及电流时,将导致其内部连结组织烧断而损坏,这是过去有人因错用材料(以为太阳能电池只有一种), 却误以为所有的太阳能电池都不实用的原因.
太阳能制造厂商将太阳能电池称为cell,国内业者则惯称晶片,把晶片(或依设计所需要的电流进行晶片切割后)焊上箔条导线再将许多焊好的晶片用箔条串联成一组,再和EVA,tedlar与低铁质强化玻璃层层叠叠,一同放入层压机(laminate)的机台上做真空封装, 制成module(plane / panel)称之为模组或称太阳能板,将若干太阳能板组成方阵(列阵array),接配上过充放保护控制(controller)及深(循环)放电蓄电池(铅钙) 以及逆转流器(inverter直流转变为交流)合称为太阳能电力系统,又称太阳能发电站.
一般太阳能光电商品,其太阳能输出电流如果在300毫安(mA)以下时,都只会在太阳能板正极输出端,接装一个负载极微小的防逆二极体 (schottky diode消基二极体)以防止蓄电池内的电流逆流回到太阳能板,如此就可以接上蓄电池使用.
太阳能板的规格除了外形尺寸之外,另有一些特性数据,其中 Voc=开路电压, Isc=短路电流, Vmp(Vop)=最大工作电压, Imp(Iop)= 最大工作电流, Vmp x Imp= W瓦 / (最大)功率.在太阳能商品说明书上所看到的数据均以100mW / cm2(即无云晴天中午的照度12万LUX) 及摄氏温度25度,为测试条件(各地气候不同,一天中符合如此条件的机会很少).所以实际上的应用数据是达不到商品型录上所号称那麼高的.
太阳能电池的功能系以其转换效率作为分等, 以单结晶矽来说: 商业级 (印刷式) 晶片从11%~15%, 特殊定制品从15%~17%, 太空级 (蒸镀式) 晶片从16%~24%, 当然效率愈高其价格就愈贵,较高效率的晶片要预付款排队订购但不一定买得到, 在澳洲1996年世界太阳能车竞赛前,Honda就将效率达24%的晶片全部契约买断,而21%~23%也被其他集团 高价包下,目前地面用太空级晶片只有效率17%~19%的晶片较有机会买得到,但要预约排到6~10个月之后.
值得一提的是：经过几年来世界太阳能车3000公里竞赛的经验,发现唯有太空式晶片,才能经得起长途跋涉的颠簸震动(焊接点不易脱落),这就是以焊接来说:蒸镀式晶片与印刷式晶片在移动环境(车用)使用下的效果差异. 换句话说:固定式(静止)的太阳能电池 模组,可以采用较便宜的印刷式晶片. 但以当今现有的焊接科技而言,在移动(震动)的环境下使用太阳能电池时,目前还是以太空级(蒸镀式)的太阳能电池较为可靠.
贰 . 单晶太阳能电池的生产介绍
拉晶：主原料为二氧化矽, 在拉晶炉中成长成晶柱.
修角：早期制造太阳能电池的晶柱因无修角, 直接将圆晶柱切片, 所以成品为圆形晶片 现在大多先将晶柱修角成近似四方柱形.
切片：用切片机将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),一般切到约0.4~0.5mm的厚度.
刻蚀:化学刻蚀及抛光成为0.3mm的薄片(wafer).
清洗：用纯水将薄片洗净.
扩散及银浆印刷：经由扩散炉处理后,制成N型上层及P型下层, 再将晶片表面及背面分别用银 浆印刷成输出电路, 一般表面为负极, 背面为正极, 经由摹拟阳光仪作功率检测及品管分级后,即为商业成品.
蒸镀：如将表面及背面不经过丝网印刷, 而改采光刻及坩锅蒸镀式制造抗反射层与表面的输出导线, 再加上其他特殊技术, 如此可提高太阳能电池的转换效率. 但坩锅的容纳有限生产量较少, 蒸镀耗时生产速度较慢, 其成本及售价将提高许多; 太空式单晶片即采用此法. (制造常规商业级的薄片电阻约0.5 ~3欧姆,有些太空式的薄片电阻需低於0.01欧姆以下---马丁格林电池E~24%,澳洲)
参 . 三种市场上流通的太阳能电池
单结晶矽太阳电池
SINGLECRYSTAL
多结晶矽太阳电池
POLYCRYSTAL
非结晶矽太阳电池
AMORPHOUS
目前,在美国的一位华裔李姓科学家,采用 铜铟亚盐酸(copper indium diselenide)制成新的太阳能电池, 其转换效率与结晶矽太阳能电池相当,而价格与重量却下降了许多.(但是,距上市可能还要一段时间)
另外,德国 ISE 以矽粉制成较低价的："结晶薄膜太阳能电池"
商业市场的明日之星
单晶薄膜太阳能电池 .太阳能电池实用化的最重要的问题,就是要开发出性能与价格比"能更高的晶片"，实际上太阳能电池成份中参与光电转换的,仅是半导体表面上几微米的薄薄一层。目前科学家们已经能成功的利用外延生长技术制成p－n结合，与传统晶片材料中的p－n结合相比,面积减少了很多倍。用此种p－n结合制作积体电路时可大量减小寄生电容与基片和布线间的电容，较利於高速化,又组件之间的间隔减少，也利於高密度化,组件之间没有相互影响，更便於设计和布置。有了这些特点更加符合大型积体电路的高速度、与高密度的要求。
目前最常用也是最成功的制成技术,是采用热分解SiH4气体的气相沈积法，在蓝宝石上沈积得到单晶矽薄膜,拜研究IC业界努力之赐,单晶薄膜太阳能电池搭此便车,将会加快商品化,及早问世.