太陽電池

前言 3
登場角色介紹 8
第1章 太陽光與太陽電池（入門篇） 9
001 現在為什麼需要太陽電池①　由南極的冰為證，表示CO2劇增 10
002 現在為什麼需要太陽電池②　可再生能源當中最輕巧簡單的一項 12
003 傾注至地球的太陽光能量是1.37 kW /m2 14
004 地球從太陽獲取的能源以石油換算一年達100兆噸 16
005 太陽光當中也包含了看不見的光　太陽光的頻譜① 18
006 太陽光當中也包含了看不見的光　太陽光的頻譜② 20
007 依不同季節、時間、天候，會產生如此大變化的太陽光能量 22
008 翻開太陽電池的歷史　該起源竟可溯及19世紀！ 24
009 把光轉換成電氣的，是構成太陽電池元件的半導體 26
010 太陽電池元件的內容是pn接面二極體 28
011 太陽電池元件之pn接面二極體的運作 30
012 轉換效率該如何求出？ 32
013 轉換效率無法達到100%的原因 34
014 太陽能面板（太陽電池模組）是由多數晶片元件組合而成 36
015 用1片太陽能面板（太陽電池模組）能發出多少瓦的電力呢？ 38
016 正感覺非常喜歡夏天耀眼無比的太陽，卻出乎意料發現太陽電池對暑熱難以招架 40
017 太陽能面板直接和家電連結也不運作的理由　直流及交流 42
COLUMN 在供電電線使用交流的理由 44

第2章 太陽電池的基礎技術（中級篇） 45
018 太陽電池元件上使用了多樣技術 46
019 高品質單結晶矽的增長法　浮游區域法及拉晶法 48
020 多結晶矽晶錠是矽的鑄造物 50
021 即使是相同的矽，結晶類型和薄膜類型的製造工程仍有根本差異 52
022 砷化鎵的單結晶是利用固化融液製成 54
023 電氣像金屬一般在透明電極中流動是因為氧氣欠缺 56
024 盡可能把大量的光引導至半導體中①　反射防止膜的任務 58
025 盡可能把大量的光引導至半導體中②　反射防止膜的施行辦法 60
026 區分波長區域的角色分擔　多重接面堆疊結構元件 62
027 使用鏡面或鏡子收集光源　聚光型太陽電池 64
COLUMN 數據資料訴說的太陽光發電真相①　1日的發電量變化 66

第3章 從太陽光發電模組邁入系統（中級篇） 67
028 太陽能面板（太陽電池模組）的製造過程 68
029 為太陽電池的測驗所使用的模擬太陽光　太陽能模擬器 70
030 作為建材的太陽電池①　依設置方法分類 72
031 作為建材的太陽電池②　作為建材所要求的項目 74
032 把直流變為交流的構造　變壓器的動作原理 76
033 將太陽電池的輸出供應到配線的「連線系統」 78
034 借用您家的屋頂　地區集中連線型太陽光發電 80
035 在各地陸續登場的兆瓦太陽能發電所 82
036 智慧型電網帶來的電力革新 84
COLUMN 數據資料訴說的太陽光發電真相②　即使雨天也會發電 86

第4章 各式各樣的太陽電池（上級篇） 87
037 太陽電池材料的多樣化①　太陽電池的分類 88
038 太陽電池材料的多樣化②　太陽電池的比較 90
039 有如此大的差異！半導體的光吸收頻譜 92
040 以75％的佔有率而自豪的結晶類型矽太陽電池① 94
041 以75％的佔有率而自豪的結晶類型矽太陽電池② 96
042 結晶類型矽的轉換效率冠軍　單結晶類型矽太陽電池 98
043 效率雖然比單結晶差，但卻是低成本的多結晶矽太陽電池 100
044 雖然低效率但材料成本低廉的薄膜矽太陽電池① 102
045 雖然低效率但材料成本低廉的薄膜矽太陽電池② 104
046 雖然低效率但材料成本低廉的薄膜矽太陽電池③ 106
047 在宇宙活躍的III-V族類型化合物半導體太陽電池 108
048 III-V族化合物半導體的結晶構造及原子結合 110
049 支持混晶效率40％的III-V族化合物半導體類型太陽電池 112
050 低成本且爆發般普及的CdTe薄膜太陽電池 114
051 CIGS薄膜太陽電池的結晶構造及物性 116
052 CIGS薄膜太陽電池元件的構造及特性 118
053 以有機化合物和碳的共同研究製造的電氣有機太陽電池 120
054 以氧化鈦及色素產出電氣的染料敏化太陽能電池 122
COLUMN 數據資料訴說的太陽光發電真相③　太陽光發電有歷年變化嗎？ 124

第5章 為了太陽電池的半導體入門（上級篇） 125
055 金屬的光電效應無法應用於太陽電池　要是不增加高電壓就無法取出光電流 126
056 在半導體單體中無法製造太陽電池　光起電力需要半導體的接面 128
057 半導體和金屬・絕緣體的差異 130
058 能隙決定的半導體的電氣性質 132
059 能隙決定的半導體的光學性質 134
060 有機物的分子軌道及半導體能帶構造的差異　以染料敏化太陽能電池為例 136
061 原子聚集變成固態的話，便可以形成能帶 138
062 提供電子狀態躍遷規則的費米分布 140
063 雜質摻雜①　n型半導體及施體能階 142
064 雜質摻雜②　非本徵半導體載子濃度的溫度變化 144
065 雜質摻雜③　p型半導體的電洞及受體能階 146
066 認識間接遷移①　回憶起運動量守恆定律吧！ 148
067 認識間接遷移②　考慮自由電子的波數 150
068 認識間接遷移③　考慮週期性位勢中的電子波 152
069 認識間接遷移④　半導體的光吸收 154
070 矽明明不是金屬，為什麼帶有金屬的光澤呢？ 156
071 半導體的電子真的比自由電子還輕嗎？ 158
COLUMN 數據資料訴說的太陽光發電真相④　調峰的效果是？ 160

第6章 為了太陽電池的半導體元件入門（上級篇） 161
072 太陽電池是二極體的一種　二極體的起源是名為二極管的真空管 162
073 在pn接面界面上形成的空泛區及内藏電位差 164
074 pn接面二極體的順勢方向特性　電流呈現指數函數般上升 166
075 pn接面二極體的反方向特性　電流雖小，卻大致有一定程度 168
076 藉由後表面電場（BSF）改善效率　太陽電池能帶的斷面構造 170
077 延長少數載子壽命的鈍化保護 172
078 運用能隙決定轉換效率　理論界限轉換效率 174
COLUMN 能源回收期間是2年以下 176

第7章 今後的太陽電池（上級篇） 177
079 以低成本的太陽電池為目標　減少材料・晶圓化成本方面 178
080 以高效率的太陽電池為目標 180
081 運用常見的材料溫和地對待環境　太陽電池的元素戰略 182
082 撒哈拉太陽能孵化計畫　把太陽電池製造的電力用於全世界 184
COLUMN 回顧日本生態住宅15年 186
參考文獻 187
索引 188

前言 3
登場角色介紹 8
第1章 太陽光與太陽電池（入門篇） 9
001 現在為什麼需要太陽電池①　由南極的冰為證，表示CO2劇增 10
002 現在為什麼需要太陽電池②　可再生能源當中最輕巧簡單的一項 12
003 傾注至地球的太陽光能量是1.37 kW /m2 14
004 地球從太陽獲取的能源以石油換算一年達100兆噸 16
005 太陽光當中也包含了看不見的光　太陽光的頻譜① 18
006 太陽光當中也包含了看不見的光　太陽光的頻譜② 20
007 依不同季節、時間、天候，會產生如此大變化的太陽光能量 22
008 翻開太陽電池的歷史　該起源竟可溯及19世紀！ 24
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