第57號電子月刊
中華民國101年1月5日出版
 

潔淨能源-太陽能電池簡介

由於環保意識的抬頭以及各式能源逐漸枯竭之下,包含LED和太陽能電池等綠能產業開始成為國際間相當熱門的話題,其中太陽能產業的發展更是受到大家的矚目。台灣土地面積狹小,然而工業活動卻又相當活絡,98%以上能源仰賴進口,以單位國土面積所消耗能量來說台灣是美國的十倍以及日本的兩倍,也因此面臨比其他國家更迫切的替代能源需求,因而太陽能則是為我們解決困境的其中一條出路。

太陽能光電池最早由Russell Ohi博士於1947年提出,直到1970年代才開始使用在民生。太陽能電池結構相當的單純,由P型半導體和N型半導體組合起來就可以形成一組太陽能電池(見圖一),在半導體材料內都會存在兩種不同性質的載子,分別是帶正電的電洞和帶負電的電子,平時未受光照時由於正負相吸引的庫倫靜電力作用,這兩種載子會吸引再一起形成電子電洞對。然而在光照下,太陽光的能量被電子電洞對所吸收進而將之撕裂開而成為個體的電子及電洞,此時,電子將會被吸引到N型半導體頂端,反之電洞則被吸引到P型半導體的底端,進而形成正負兩極的電壓差距就如同電池一般;接著我們將金屬電極鋪在正負極,一個完整電池就完成了。

圖二是一個完成製成的太陽能電池單元元件,當我們將很多個太陽能電池連接起來,就是我們常在屋頂上見到的太陽電池板(見圖三、圖四)。環保議題的迷思:太陽能常常為外界賦予潔淨之替代能源,卻存在幾項容易被忽略的問題,無論是哪種材料的太陽能電池在其半導體製程中都會使用到相當多的劇毒物質。在我們推動太陽能時,也必須考量到環安衛及廢棄物的處理並且制定相關規範,這樣我們才能真正安心的享受太陽能這個天上送給我們的禮物。

(環教小組楊勝傑)

圖一、太陽能電池工作原理簡介
 
圖二、太陽能電池元件單元
 
圖三、連接多個單元的太陽能板
 
圖四、由上而下不同顏色的太陽能板為各種不同材料製成的太陽能電池