Macchiato's Night Market

光簡稱"P" 電簡稱"V" ,所以國際上將光發電的事物簡稱為 "PV" , 台灣稱為[光電],大陸叫做[光伏].

太陽能電池與一般的電池不同。太陽能電池是將太陽能轉換成電能的裝置，且不需要透過電解質來傳遞導電離子，而是改採半導體產生 PN 結來獲得電位。

當半導體受到太陽光的照射時，大量的自由電子伴隨而生，而此電子的移動又產生了電流，也就是在 PN 結處產生電位差。因此，太陽能電池需要陽光才能運作，所以大多是將太陽能電池與蓄電池串聯，將有陽光時所產生的電能先行儲存，以供無陽光時放電使用。關於太陽能電池的應用有一般家庭安裝於屋頂上以加熱洗澡水或太陽能車上的動力來源。
太陽能有許多優點：豐富、清潔、安全且不受任何壟斷。它不從地球上帶走任何東西，也不會導致污染，卻默默地發出光和熱，推動生命的成長。它確實是無後顧之憂的能源。

光電的基本代表原件就是太陽能電池, 當然,積體電路(IC)與LED等相關半導體也算是光電一族. 因為它們都是由半導體晶片所製成,所以太陽能電池又稱為太陽能晶片(大陸叫矽片).然而有一種太陽能電池不是用晶片製造的,那就是非晶太陽能電池.也就是 計算機上面用的那種太陽能電池,這是一種採用 薄膜技術製造半導體的產品.價格便宜,生產快,目前市場上大多數以玻璃代替晶片作為基材,然而它的缺點是效率低,壽命短,況且效率還會老化約兩成 (20%).目前世界上有許多科學家正在研究製造新的薄膜太陽能電池,稱為:奈米技術,不再用晶片或玻璃而改用其他物質如:聚酯類,以減輕重量,增加可彎 度及降低成本,唯,目前仍在實驗階段.

一. 太陽能電池外型特徵
在這所謂的電池（Cell）並不同於我們想像的 "蓄電池"（Battery）因為它的結構只有薄薄的一片 "矽晶片" (約0.3mm),比一張名片還要薄,也可說是一片超薄的玻璃片似的, 在這些商品化的太陽能電池中,(其實應該稱為太陽能晶片)可分為
（1）單結晶矽太陽電池Singlecrystal
（2）多結晶矽太陽電池Polycrstal
（3）非結晶矽太陽電池Amorphous等三大類.

目前最成熟的工業生產製造技術和最大的市場佔有率乃以單晶矽和非晶矽為主的光電板。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。最近十多年，薄膜光電池 ( thin film PV )如 Culn ( Ga ) Se₂，CdTe，pc-Si，和非晶矽 ( a-Si ) 的發展迅速，光電轉換效率也快速提高。

ps:原著者不好意思，無名貼表格會變得醜醜的，因此有版面潔癖的我把她重新用Excel編輯並存為圖檔表示，在此致歉啦～

二.製作技術
國內太陽能電池製造廠商將太陽能電池稱為晶片，把晶片 ( 或依設計所需要的電流進行晶片切割後 ) 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 ) 的機台上做真空封裝，製成 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。

三.保存維護
太陽能電池最主要的就是轉換光能成電能的晶片部分了，而此部份也最容易破碎；故於使用時要特別注意勿使此部份受到壓迫而破碎，造成太陽能電池的無法作用。

四.應用領域
太陽能技術的應用以自 1950 年代的太空科技移轉至一般民生商業用途，隨者成本的降低與環保考量，太陽能電池的使用愈來愈普遍，主要應用在下列範圍。

1.家用發電系統：從 20W 至 4kW，視需要量與經濟情況而定
2.農業：灌溉及抽水等動力系統
3.交通：電動車、充電系統、道路照明系統及交通號誌
4.電訊及通訊：無線電力、無線通訊
5.備載電力：災害補救
6.小功率商品電源
7.戶外定位監視系統:電子式公車站牌
8.大功率電子發電系統

業者積極投入　太陽能電池產業綻放光芒
上網時間: 2006年07月04日

對煤、石油和天然氣等不可再生能源供應日益萎縮的擔憂正衝擊全球燃料市場，並加劇了尋找替代方案的迫切感。令人欣慰的是有關的技術資源絕不會枯竭，因為它們是可再生的；是對環境友好的，不會帶來溫室效應；而且使用起來日益便宜，這要歸功於持續不斷的技術突破。

現在，該是利用太陽能的時候了，但它的成本大約是傳統發電方法的三倍(太陽能發電是每千瓦18到22美分，而傳統發電法則是每千瓦5到10美分)。然而，鑒於技術的進展，如用‘塑膠’太陽能電池取代昂貴的矽晶太陽能電池，美國能源部相信，未來10年內太陽能的成本將與傳統發電成本相同。屆時，另外兩種競爭技術－氫燃料電池和奈米級發電機將如同今天的太陽能電池一樣開始進入研發階段。

光電壓(Photovoltaic)太陽能電池的工作方式是透過吸收半導體中的光量或光子，從而激發電子使其足以驅動電路。“當然，全球對 太陽能電池都有巨大的興趣，”Gartner Dataquest副總裁兼半導體研究首席分析師Jim Tully說。“例如，日本政府預期到2030年家庭用電的50%將來自於太陽能。”據Solarbuzz LLC公司的報告，目前全球太陽能電池市場約30~40億美元，而日本僅佔20%。德國擁有的太陽能發電設備全球第一，2005年約佔總數的57%，而美 國只佔7%，歐洲其他國家共佔6%，其餘地區則佔10%。

在目前使用的各式太陽能電池中，以低價玻璃或塑膠基板上的非晶矽電池效率最低，約為6%；最高的是單晶矽基板上的多接面(multijunction)砷化鎵電池，其效率高達30%，但成本要比前者高100倍以上。最常見的單晶矽和多晶矽太陽能電池效率在10到18%之間。可現成安裝的太陽能模組售價每瓦約4美元。

“我們相信，單晶矽和多晶矽系統仍存在著降低成本的途徑，也許能透過減少其矽晶片厚度等技術來實現，”Craig Cornelius說。Cornelius是美國太陽能倡議行動的專案經理，該行動是美國能源部一種新的替代能源研究專案。“但我們是技術不可知論者，因 為我們意識到有許多其他技術正在開發，如薄膜元件製造商就很有希望實現更低的生產成本。”比單晶矽或多晶矽電池轉換效率低的元件包括非晶矽、碲化鎘、銅銦亞酸鹽及其他類似的化合物。

圖3：塑膠基板使得採用有機核心設計的可撓性太陽能電池比基於矽晶的電池發電成本更便宜。

“也就是說，如果能找到像強化型光電壓系統和多接面太陽能電池等高效率的方法，以降低電池成本，便也能讓它們更具吸引力，”Cornelius說。

Solarbuzz的報告指出，單晶矽和多晶矽太陽能電池佔目前全球市場的93%，其供電成本每千瓦約18到22美分。晶片製造設備供應商 應用材料(Applied Materials)公司為擴展其包含薄膜太陽能電池在內的產品範圍，以創紀錄的4.64億美元現金收購Applied Films公司，也象徵著這個產業的發展前景。

玻璃或不銹鋼基板上的薄膜太陽能電池市佔率已達7%。它們的效率低於矽電池，在5到8%之間，但成本相對便宜一些。Shell Solar公司才剛把它的單晶矽和多晶矽太陽能電池部門賣給德國太陽能發電公司Solarwolrd AG，以專注於開發沈積於低價玻璃基板上的薄膜太陽能電池。

由於晶圓佔矽太陽能電池成本的50%以上，因此要削減這些非矽晶片太陽能電池成本，就只能轉向低價的玻璃、不銹鋼甚或是可撓性聚合物(塑膠)基板。確切地說其成份可包括非晶矽薄膜、奈米晶體矽、碲化鎘、銅銦亞酸鹽與其他無機化合物。

一些無機薄膜新創公司正依循公開籌資的方式來維持其研究和開發活動。Nanosolar公司已獲得超過1,000萬美元的政府合約和 4,800萬美元的創投資金，以開發一種便宜的捲軸式(roll-to-roll)太陽能電池生產製程，與該公司攜手開發該製程的有Lawrence Berkeley公司和Sandia國家實驗室。它的銅銦亞酸鹽電池採用了一種低成本、無需使用真空沈積技術加工的基板，Nanosolar聲稱已建構出 一種具備極高性價比的太陽能電池，能以低成本產生更高瓦數。

Nanosys公司也正利用一種由矽、矽鍺化合物、硒化鎘、砷化鎵、氦化鎵與磷化銦製成的無機奈米結構來開發薄膜太陽能電池。透過採用輕量、可撓性的塑膠基板，Nanosys還打算提供採用捲軸式生產製程的低成本太陽能電池。今年4月，Nanosys公司宣佈獲得一項新的政府資助，金額約為460萬美元。

據美國能源部國家可再生能源實驗室於去年發佈的報告，HelioVolt公司已經在其基於銅銦硒化鎵的薄膜光電壓電池研發上獲得成功。 HelioVolt表示，其獲得專利權的內吸收接面技術是取決於沈積兩層薄膜後，在這兩層薄膜之間所形成的一個半導體接面；其做法是使用一個加熱的模板把 晶格架構‘印刷’到薄膜內部。採用一種類似於陽極晶圓接合的瞬間加熱技術，這種新技術將透過一種能大量生產該材料的可重複使用模板迫使硒元素進入晶格中。

染料穩定(dye-stabilized)以及有機聚合物(塑膠)電池等大面積太陽能電池看來也相當有前景。然而，與傳統的無機材料相比，有機材料具有較低的載子遷移率與較低的電流傳送能力。此外，有機材料電池也無法比得上當前矽電池的25年使用壽命。

“採用噴墨型製程的塑膠元件前景相當良好，但整體來說，它們目前仍受制於相對低的電荷載子遷移率，”Gartner Dataquest的Tully說。“當然，這些情況正在改善，但短期內仍會呈現不利條件。”Tully認為在最初階段，塑膠太陽能電池“將侷限於相對低 頻和低功率的應用。但即使這樣，它在低功率個人電子設備領域仍可獲得很好的機會。”

Konarka技術公司開發有機太陽能電池已逾10年。除了之前獲得的6,000萬美元創投資金外，該公司最近也從Darpa獲得600 萬美元的資助，以開發在可撓性塑膠基板上的有機太陽能電池。“我們正把有機化學太陽能電池印刷到一個可撓性塑膠基板上，該基板既可以是透明或非透明，實際 情況將取決於成份配方，”Konarka的高階行銷主管Daniel McGahn說。該公司採用一種類似於底片的低溫可撓性製程，並預期首款產品是小型的、光激發可撓性‘充電器’，它們可以吸收任何類型的光(甚至來自一個 檯燈的光)以便對手機、筆記型電腦和類似的小型電子設備充電。針對軍事用途，Konarka還正開發一種可攜式發電帳篷。在帳篷的外面塗上一層可撓性聚合 物，將能把帳篷轉換成一個適用於帳篷內設備供電的發電機。

“當這些塑膠太陽能電池的頻譜響應放寬到包括紅外線時，它們就有可能被編織到衣服中，在黑暗的地方用人體熱能來產生電能，並在白天用陽光發電，”分析師Tully說。

Konarka已經研發了涵蓋不同光譜的配方，主要集中在兩種基本類型的太陽能電池：具有化學核的染料敏感電池，以及帶有嵌於類聚合物基質薄膜的奈米粒子顆粒電池。

Konarka聲稱其基於染料的太陽能電池效率為11%，有機電池的效率在實驗室達到8%。它計劃與塑膠製造商合作以便使建築材料利用太陽 能，比如說在玻璃上塗色或在牆板上加入太陽能發電功能。“我們的許多配方將稱為建築材料配方，因為我們的加工方式使它們更像用於帆布帳篷的材料，而不是一 種依附在建築的組件，”McGahn說。

氫燃料電池

雖然氫燃料電池在未來十年仍將普遍使用，但各種可支援的新技術正在發展中，全新的架構也正開始出現。奈米發電機的狀況也很相似，總有一天它能使電池維持不斷充電的態，或者完全不再有充電的議題出現。

氫燃料電池傳統上是把燃料和氧氣分別放在相鄰的不同艙室內。隨著燃料進入第一艙室，它與陽極催化劑發生反應，這破壞了燃料的分子鍵因而使其電子從陽極流動到發電設備。在第二艙室，氧氣流過陰極催化劑，它利用負載的電路回程線路而把氧氣與剩餘燃料的氫結合，最後會產生水作為廢棄物。

鉑通常可用於陽極與陰極，因為它可有效地使燃料氧化並能將氧還原成水。但是燃料和氧氣必須保持完全分開；否則，二者將在同一個鉑電極上發生反應，結果將是氧化而非產生電。

較新的燃料電池設計以一個多孔聚合物薄膜取代了傳統上用來隔離鄰近單元的金屬流場板。隨後，在陽極與陰極上塗佈一層可選擇性的催化劑以取代鉑，從而混合了燃料和氧氣。不管是在陽極把燃料分解成氫分子，還是在陰極把自由氫組合成氧氣，該催化劑都只會產生所希望的反應。

美國能源部有一個為期四年總值達1.19億美元的研究專案正進行中，其目的是要在2010年以前克服相關的製造技術挑戰，進而開發出便宜的 商用氫燃料電池。據稱花費該筆1億美元資金的首要目標是要尋求改善燃料電池膜和產品內部的液體流動，並為其全新的設計開發出若干種新款陰極催化劑。

對於聚合物膜的研究，在過去五年內就有12個專案獲獎，累積專案資助成本達1,900萬美元。該目標就是增加薄膜的耐用性與延長使用壽命，以使氫燃料電池系統可商用化，並可強而有力地發動一輛汽車。

但在一部電池發動的汽車上路之前，美國研究人員便已經提出用於燃料電池的‘綠色’有機化學解決方案。例如，聖路易市華盛頓大學的環境工程師 Lars Angenent發現了一種可取代鉑的方法，該方法採用廢水中的細菌作為生物燃料電池陽極和陰極的選用催化劑。如果該方法可完全實現，那麼生物燃料電池有 可能使生物物質呈中性化並同步發電。

美國並不是唯一一個宣佈推出全新燃料電池設計的國家。亞洲和歐洲也都致力於研究專案的進行，而且該領域的新創公司也蓬勃發展。例如，英國 的Generics公司就表示其設計透過1微米厚的聚合物膜縮小了電池尺寸，並將燃料和氧氣的先行混合，使得‘超級充電’的功率密度提高了十倍。

根據MTI MicroFuel Cells公司的說法，燃料電池將來還不止使用在汽車上。該公司已經獲得了一種直接甲烷燃料電池的專利，它採用的簡化結構可使小型手持設備為手機、筆記型電腦等電子設備供電。MIT宣稱其待機時間將可望達到一般鋰電池的三到十倍。

在實驗室研究領域，Lawrence Berkeley國家實驗室已經把燃料電池縮小到只有200奈米。研究員Kenneth Lux展示的一種燃料電池小到足以整合進晶片中，並可利用晶片外的一個燃料庫進行供電。他期待未來的應用將可把成千上萬的奈米燃料電池組合在一起，僅利用 一個適用於任何尺寸的外部燃料庫，便可以提供mW級的電力。

其他富有創新精神的工程師正精心打造微機電系統(MEMS)和奈米機電系統，它們產生的電可用來為電池充電或者代替電池。例如， Berkeley無線研究中心的Jan Rabaey便致力於為微功率網格網路供電進行有趣的能量衍生設備研究，他們將一種類似鐘擺的MEMS設備附加在鞋子上，只要一走動就可開始為電池充電。

對於超遠端的感測器，康乃爾大學的研究人員正尋找能夠使感測器運作幾十年的放射性同位素(radioisotopes)。他們所開發的的MEMS電池把在衰減性放射同位素中儲存的能量轉換成一個顯微鏡懸臂的物理運動，使得該MEMS元件可發電約50年的時間。

其他研究人員則利用外在運動的奈米級壓電效應來進行發電。喬治亞理工學院教授Zhong Lin Wang已經開發了一種壓電奈米發電機，它把來自聲波或超聲波、水流、身體擺動或血液流動的振動能源轉換成電能，並將其用於無需電池的小型設備的供電。

Wang所開發的氧化鋅奈米線陣列是由一個藍寶石基板上所生長，並使其作為一個壓電半導體。該單晶體氧化鋅分子將其氧原子端與基板平行，而 鋅原子端總是與基板面垂直。由於鋅是帶正電荷，而氧離子是帶負電荷，因此其結果就是一個靜電極化：全都沿一個壓電表面的垂直偶極運動。將該材料彎曲便可使 電子集中在一側，而在另一側面佈滿小洞，因而造成原有的交流電來回運作。該奈米線只有200到500奈米高，20到40奈米寬，彼此之間有一個100奈米 的間距。

麻省理工學院的教授Angela Belcher、Paula Hammond和Yet-Ming Chiang也已經提出了各種用於電池的有機基板替代方案。這個三人研究小組利用遺傳工程培植了活病毒，把它們裝配成薄膜奈米線，並作為一個可撓性薄膜電 池的陽極和陰極。這個僅100奈米厚的薄膜電池可以改變成任何形狀。Cambrios技術公司便計劃量化生產麻省理工學院的薄膜電池。
作者：羅克鈴