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[信息] 太阳能电池发展史

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发表于 2008-11-29 22:06:31 | 显示全部楼层

太阳能电池发展史

太阳电池的发展,最早可追溯自1954年由Bell实验室所发明出来的,当时研发的动机是希望能提供偏远地区供电系统的能源,那时太阳电池的效率只有 6%。接着从1957年苏联发射第一颗人造卫星开始,一直到1969年美国太空人登陆月球,太阳电池的应用可说是充分发挥。虽然当时太阳电池的造价昂贵,但其对人类历史的贡献,却是金钱所不能衡量的。近年来全球的通讯市场蓬勃发展,各大通讯计划不断提出,例如Motorola公司的铱(Iridium)计划,将使用66颗低轨道的卫星(LEO),Bill Gates 之Teledesic计划,预计将使用840颗LEO卫星,这些都将促使太阳电池被广泛地使用在太空中。

人类发展太阳电池的最终目标,就是希望能取代目前传统的能源。我们都知道太阳的能量是取之不尽用之不竭的,从太阳表面所放射出来的能量,换算成电力约3.8x1023 kW;若太阳光经过一亿五千万公里的距离,穿过大气层到达地球的表面也约有1.8x1014 kW,这个值大约为全球平均电力的十万倍大。若我们能够 "有效的"运用此能源,则不仅能解决消耗性能源的问题,连环保问题也可一併获得解决。目前太阳电池发展的瓶颈主要有两项因素:一项为效率,另一项为价格。

在光-电转换的过程中,事实上,并非所有的入射光谱都能被太阳电池所吸收,并完全转成电流。有一半左右的光谱因能量太低(小于半导体的能隙),对电池的输出没有贡献,而再另一半被吸收的光子中,除了产生电子-电洞对所需的能量外,约有一半左右的能量以热的形式释放掉,所以单一电池的最高效率约在 25%左右,目前实验室所发出来的效率,几乎可达到理论值的最高水准。唯因製造过程複杂量产不易,因此价格普遍过高,不符合经济效益。这也是目前太阳电池发展最大的瓶颈。工业界一直在寻找降低成本的方法,目前所获的的成果包括:

   1. 捨弃传统的CZ与FZ长晶方式,改用铸造硅晶锭(Silicon Ingot Casting)的方式。
   2. 不用轮盘锯切割晶锭,改用线锯的方式切割,如此可节省约30 % 的材料成本。
   3. ASE America 公司所研发出Edge-defined Film-fed Growth(EFG)的拉晶方法,此方法可拉出中空的八角形柱体,利用雷射切割就可得到10x10㎝2的晶片,可节省材料在切割上的损失。
   4. 採用薄膜技术,此方法可大量节省製造所需的材料,被认为是最具有低成本潜力的方式。

用薄膜技术製造的主要材料包括:非晶硅(a-Si),硒化铟铜(Copper Indium Diselenide,CISe2),碲化镉(CdTe),虽然薄膜技术被认为是最具有潜力的方式,但是目前还没有任何一个量产的技术,能够达到下列的要求:

   1. 沉积薄膜的速率在每分钟一微米以上。
   2. 沉积的温度在600度C以下。
   3. 薄膜的厚度在十微米以下。
   4. 成长的晶粒(Grain Size)大小在一微米以下。
   5. 少数载子的扩散长度超过十微米。
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