太陽能電池（Solar Cell）

太陽能電池（Solar Cell）
國立彰化師範大學光電科技研究所張淑貞碩士生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

近年來，由於地球暖化及全球能源危機的問題，各國皆投入研究低耗能、低污染的各種半導體元件，而其中又以無耗損及無污染的綠能產業太陽能電池，最為熱門。而太陽能電池又以提升轉換效率為主要研究方向。

太陽能電池（solar cell）的材料種類非常的多，有非晶矽（amorphous silicon）、多晶矽（poly crystalline）、GaAs、InGaP等半導體、或三五族的元素鍵結材料，而這些材料皆為光轉為電之光電元件。以半導體為例，由於太陽能電池為一p-n接面的二極體，當入射光子的能量大於材料能帶間隙時，則會被能隙所吸收而產生電子電洞對，由於接面處會產生電場，此稱為內建電場 (built-in field)，會將電子電洞對分開至兩邊，則電子到 n 型區，電洞到 p 型區。

因此經過產生的電流，就稱為光電流。而太陽能電池的電極設計，通常上部電極會使用指狀結構，因此稱為指狀電極 (finger electrode)，目的是要讓太陽光進入到電池中，不會被太大電極所擋到影響進入的光量；而電池的背部則直接鍍上一層電極。為了讓更多的光能進入太陽能元件當中，會在背部電極內表面鍍上一層抗反射膜 (arntireflection coating)，使其反射率增加讓更多的光子不因透射而逸失掉。 太陽能電池的能量來自太陽光源，因此太陽光的強度與光譜（spectrum）就決定了太陽能電池的輸出功率。而太陽光的強度及頻譜也會影響著太陽能電池輸出的電壓與電流。太陽光的強度與頻譜，可以用頻譜照度來表達，由於太陽光的頻譜照度和量測的位置與太陽相對於地表的角度有關，一般以空氣質量（air mass，AM）來表示。而空氣質量定義為光入射路徑與地球大氣層垂直方向所夾之角的餘弦值倒數，即air mass（1/cosθ）。光譜照度與量測位置與入射和地表的夾角有關，這是因為太陽抵逹地面之前，會經過大氣層的吸收與散射。而位置與角度的這二項因素，亦是以大氣質量（air mass，AM）來表示。例如：AM 1代表著在地表上，太陽正射的情況，及太陽垂直入射到地表上，而AM 1.5則代表在地表上，太陽以48.2度角入射的情況，而AM 1.5一般被用來代表地表上太陽的平均照度。

參考資料：太陽電池(Solar cell)