半導體專題實驗

實驗六太陽能電池

• ENERGY• WATER• FOOD• ENVIRONMENT • POVERTY• TERRORISM & WAR• DISEASE• EDUCATION• DEMOCRACY• POPULATION

Humanity’s Top Ten Problems for Next 50 years

Oil Natural gas Coal Uranium

41 yrs 67 yrs 192 yrs 53 yrs

Source: Richard Smalley, Rice University

Prediction of Energy Demand from 2000 to 2100

Source ： German Advisory Council on Global Change, 2003

(EJ/a ： 1018Joul/year)

何謂 AM0 、 AM1 、 AM1.5 ？

Wavelength (m)

Spe

ctra

l Irr

adia

nce(

Wm

-2m

-1) AM0

AM1.5

AM 即 Air Mass ，定義為穿過幾個大氣層厚度之太陽光 (Air Mass ~ sec ，不同 Air Mass 亦代表不同的太陽光光譜 )• AM0 ( 於外太空，不穿過的大氣層 ) ~ 1,400 W/m2

• AM1 (sec = 1 ~0o ) ~ 1,000 W/m2

• AM1.5 (sec =1.5 ~45o ) ~ 844 W/m2

AM1.5 1,000 W/m2 (IEC 891 、 IEC 904-1 非自然光源 )

地球地球

AM0

AM1 AM1.5( ~45o )

大氣層

Solar Spectral IrradianceSolar Spectral Irradiance ASTM G173-03 Reference Spectra Derived from SMARTS v. 2.9.2

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

S

pec

tral

irr

adia

nce

[1

000*

Wm

-2 µ

m-1]

Wavelength [nm]

Space, AM0 Global, AM1.5G Direct, AM1.5D ( 垂直分

量 )

不同太陽電池材料對應太陽光譜波長圖

P-n junction

P-n junction

Voc ：開路電壓 (V)

Isc ：短路電流 (A)

Pmp ：最大輸出功率 (W)

Vmp ：最大輸出功率時之電壓 (V)

Imp ：最大輸出功率時之電流 (A)

Fill Factor (F.F.) = (Vmp Imp / Voc Isc) 100%

太陽電池效率 (Efficiency) = (Pmp / 輸入日照功率 ) 100%

* 輸入日照功率 (W) = 太陽電池面積 (m2) 日照強度 (W/m2)

* 日照強度為 1,000 W/ m2 之最大輸出功率即為 Wp

* 太陽電池開路、短路時皆不會燒毀

VocVmp

Imp

Isc

Pmp

電壓源

電流源

輸出功率

太陽電池之 I-V 特性

Industrial cell

Inverted pyramid textured surface substantially reduces reflection losses and increases absorption probability in the device.

ARC ： antireflection coating

不同日照量下太陽電池 I-V 特性曲線

• Isc = - IL 入射光強度• Voc = aVT ln(IL/ I0 + 1) ln ( 入射光強度 ) ，與材料特性有關• Voc 不隨日照量劇烈變化為太陽電池容易使用之重要原因

0

1

2

3

4

5

6

7

0

Cu

rren

t (A

)

Voltage (V)

500W/m2

1,000W/m2

250W/m2

750W/m2

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

•晶矽太陽電池： Voc~0.6V Vmp~0.5V

不同溫度下太陽電池 I-V 特性曲線

• 太陽電池溫度升高時輸出電壓與最大輸出功率將降低 !

• 此特性與太陽電池材料特性有關，是太陽電池應用上最大問題 !

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Cu

rren

t (A

)

Voltage (V)

75oC 50oC 25oC 0oC

1,000W/m2

0.6

AbsorptionAbsorption

300 K

Analytic modelAnalytic model