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薄膜太阳能电池

作者:江志宏

说明:

薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑胶、陶瓷、石墨,金属片等不同材料当基板来製造,形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm,因此在同一受光面积之下可较硅晶圆太阳能电池大幅减少原料的用量(厚度可低于硅晶圆太阳能电池90%以上),目前转换效率最高以可达13%,薄膜电池太阳电池除了平面之外,也因为具有可挠性可以製作成非平面构造其应用范围大,可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份,在薄膜太阳电池製造上,则可使用各式各样的沉积(deposition)技术,一层又一层地把p-型或n-型材料长上去,常见的薄膜太阳电池有非晶硅、CuInSe2 (CIS)、CuInGaSe2 (CIGS)、和CdTe..等。

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薄膜太阳电池产品应用:

半透明式的太阳能电池模组:建筑整合式太阳能应用(BIPV)
薄膜太阳能之应用:随身折叠式充电电源、军事、旅行
薄膜太阳能模组之应用:屋顶、建筑整合式、远端电力供应、国防

薄膜太阳能电池的特色:

1.相同遮蔽面积下功率损失较小(弱光情况下的发电性佳)
2.照度相同下损失的功率较晶圆太阳能电池少
3.有较佳的功率温度係数
4.较佳的光传输
5.较高的累积发电量
6.只需少量的硅原料
7.没有内部电路短路问题(连线已经在串联电池製造时内建)
8.厚度较晶圆太阳能电池薄
9.材料供应无虑
10.可与建材整合性运用(BIPV)

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太阳能电池厚度比较:

晶硅(200~350μm)、非晶性薄膜(0.5μm)

薄膜太阳能电池的种类:

非晶硅(Amorphus Silicon, a-Si)、微晶硅(Nanocrystalline Silicon,nc-Si,Microcrystalline Silicon,mc-Si)、化合物半导体II-IV 族[CdS、CdTe(碲化镉)、CuInSe2]、色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell)、有机导电高分子(Organic/polymer solar cells) 、CIGS (铜铟硒化物)..等

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薄膜太阳能电池製造厂商:

薄膜太阳能电池製造厂商:
联相光电、富阳光电、旭能光电、绿能科技、新能光电、茂迪、奇美能源、大亿光电、大丰能源、鑫笙能源、威奈联合、嘉晶电子、崇越科技、台达电、中环、宇通光电

薄膜太阳能测试设备厂商:昆山庆声电子

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薄膜太阳能模组结构图:

说明:薄膜太阳能模组是由玻璃基板、金属层、透明导电层、电器功能盒、胶合材料、半导体层..等所构成的。

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薄膜太阳能电池可靠度试验规范:

IEC61646(薄膜太阳光电模组测试标准)、CNS15115(薄膜硅陆上太阳光电模组设计确认和型式认可)

薄膜太阳能电池专有名词整理:

英文名称 中文名称 说明
A-Si Amorphus Silicon 非晶硅 利用溅镀或是化学气相沉积方式在玻璃或金属基板上生成薄膜的薄膜太阳能生产方式。
BIPV Building-integrated photovoltaic 一体型太阳能电池模板 BIPV是结合太阳能发电与建筑物外牆两项功能,将太阳电池模组(module)或阵列(array)整合、设计并装置在建筑物上的双用途产品。
CdTe Cadmium telluride 碲化镉 CdTe属于化合物半导体,电池转换效率不差,若使用耐高温(约600℃)的硼玻璃作为基板转换效率可达16%,而使用不耐高温但是成本较低的钠玻璃做基板也可达到12%的转换效率,转换效率远优于非晶硅材料。
CEI 904   具光谱照射光参考数据之太阳原件量测原理,等同IEC 904
CIS Copper Indium Diselenide 硒化铟铜 属于化合物半导体,这样的材料吸光范围广稳定性好,若是用聚光装置辅助,转换效率可达30%,标准环境测试下最高也可达到19.5%,模组的话,可达约13%。
CIGS Copper Indium Gallium Diselenide 铜铟镓硒 属于化合物半导体,这样的材料吸光范围广稳定性好,若是用聚光装置辅助,转换效率可达30%,标准环境测试下最高也可达到19.5%,模组的话,可达约13%。
Dye-Sensitized Solar Cell 色素敏化染料  
GaAs Multijuction 多接面砷化镓  
Nc-Si Nanocrystalline Silicon 微晶硅 是非晶硅的改良材料,其结构介于非晶硅和晶体硅之间,主要是在非晶体结构中具有微小的晶体粒子,因此同时具有非晶硅容易薄膜化,製程便宜的特性,以及晶体硅吸收光谱广,且不易出现光劣化效应的优点,转换效率也较高。
NOCT Nominal Operating Cell Temperature 标准操作电池温度 在标准参考环境(SRE)下,开架式安装模组之太阳能电池之平衡平均接面温度。
Mc-Si(Microcrystalline Silicon) 微晶硅 是非晶硅的改良材料,其结构介于非晶硅和晶体硅之间,主要是在非晶体结构中具有微小的晶体粒子,因此同时具有非晶硅容易薄膜化,製程便宜的特性,以及晶体硅吸收光谱广,且不易出现光劣化效应的优点,转换效率也较高。
PECVD Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 电浆体增强化学气相沉积 在二个电极板间外加一个射频电压,于是在二个电极之间的气体会解离而产生电浆,使用电浆的辅助能量,使得沉积反应的温度得以降低。
Polymer solar cells 有机导电高分子  
Sputtering 真空溅镀  
SRE 标准参考环境 倾斜角度(与水平成45度)、总照射度(800Wm^-2)、周围温度(20℃)、风速(1ms^-1)、电力负载(无开路)。
STC 标准测试条件 电池温度(25℃)、照射度(1000Wm^-2)符合规范CEI 904-3所要求之参考太阳能光谱之照射分佈。
Thin-film Photovoltaic 薄膜太阳能电池  
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