薄膜太陽能電池原理

在(zai)(zai)化(hua)學電(dian)(dian)池中(zhong)，化(hua)學能直接轉變為電(dian)(dian)能是靠電(dian)(dian)池內部自發進行氧(yang)(yang)化(hua)、還原(yuan)等(deng)化(hua)學反應(ying)的結果，這種反應(ying)分別在(zai)(zai)兩個電(dian)(dian)極上進行。負極活(huo)性物質由(you)電(dian)(dian)位(wei)較負并(bing)在(zai)(zai)電(dian)(dian)解質中(zhong)穩定的還原(yuan)劑(ji)組成(cheng)，如鋅、鎘、鉛等(deng)活(huo)潑金(jin)屬(shu)和(he)氫(qing)或(huo)碳氫(qing)化(hua)合物等(deng)。正(zheng)極活(huo)性物質由(you)電(dian)(dian)位(wei)較正(zheng)并(bing)在(zai)(zai)電(dian)(dian)解質中(zhong)穩定的氧(yang)(yang)化(hua)劑(ji)組成(cheng)，如二氧(yang)(yang)化(hua)錳、二氧(yang)(yang)化(hua)鉛、氧(yang)(yang)化(hua)鎳等(deng)金(jin)屬(shu)氧(yang)(yang)化(hua)物，氧(yang)(yang)或(huo)空氣(qi)，鹵素及其鹽(yan)類(lei)，含氧(yang)(yang)酸及其鹽(yan)類(lei)等(deng)。

電解質則是具有良好離子導電性的材料，如酸、堿、鹽的水溶液，有機或無機非水溶液、熔融鹽或固體電解質等。當外電路斷開時，兩極之間雖然有電位差(開路電壓)，但沒(mei)有電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)，存儲在電(dian)(dian)(dian)池(chi)中的化學能并不轉換(huan)為電(dian)(dian)(dian)能。當外電(dian)(dian)(dian)路(lu)閉(bi)合(he)時，在兩電(dian)(dian)(dian)極電(dian)(dian)(dian)位差的作(zuo)用下即有電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)流(liu)(liu)過外電(dian)(dian)(dian)路(lu)。

同時在電池內部，由于(yu)電解質中不存在自由電子，電荷的(de)傳遞必(bi)然(ran)伴隨兩極活(huo)性(xing)物(wu)質與電解質界面的(de)氧化或還原反(fan)應，以及反(fan)應物(wu)和反(fan)應產物(wu)的(de)物(wu)質遷(qian)移。電(dian)(dian)荷在(zai)電(dian)(dian)解質(zhi)(zhi)中的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)遞(di)(di)也(ye)要由離子的(de)(de)(de)(de)遷移(yi)來完成。因此，電(dian)(dian)池內部正(zheng)常的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)荷傳(chuan)遞(di)(di)和物(wu)質(zhi)(zhi)傳(chuan)遞(di)(di)過(guo)(guo)程是保證(zheng)正(zheng)常輸出電(dian)(dian)能(neng)的(de)(de)(de)(de)必(bi)要條件。充電(dian)(dian)時，電(dian)(dian)池內部的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)電(dian)(dian)和傳(chuan)質(zhi)(zhi)過(guo)(guo)程的(de)(de)(de)(de)方向恰(qia)與放(fang)電(dian)(dian)相反(fan)；電(dian)(dian)極反(fan)應必(bi)須是可逆的(de)(de)(de)(de)，才能(neng)保證(zheng)反(fan)方向傳(chuan)質(zhi)(zhi)與傳(chuan)電(dian)(dian)過(guo)(guo)程的(de)(de)(de)(de)正(zheng)常進(jin)行。

因此，電極反(fan)應可逆是構成蓄電池(chi)的必(bi)要(yao)條件。為(wei)吉布斯反(fan)應自由能增量(焦)；F為法拉(la)第常數(shu)=96500庫=26.8安(an)·小時；n為(wei)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)反(fan)(fan)應(ying)的(de)(de)(de)(de)當量數。這(zhe)是(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)電(dian)(dian)(dian)動勢(shi)(shi)與電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)反(fan)(fan)應(ying)之間的(de)(de)(de)(de)基本(ben)(ben)熱力(li)學關(guan)系式，也是(shi)(shi)計算電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)能(neng)量轉換效率(lv)的(de)(de)(de)(de)基本(ben)(ben)熱力(li)學方(fang)程式。實際上，當電(dian)(dian)(dian)流(liu)流(liu)過(guo)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)時，電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)勢(shi)(shi)都要偏離熱力(li)學平衡的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)勢(shi)(shi)，這(zhe)種現象(xiang)稱(cheng)(cheng)為(wei)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)。電(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)度（單位(wei)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)面積上通(tong)過(guo)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)）越(yue)(yue)大，極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)越(yue)(yue)嚴重(zhong)。極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)現象(xiang)是(shi)(shi)造(zao)(zao)(zao)成(cheng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)能(neng)量損失的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要原因之一。極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)原因有三：①由(you)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)中各部分電(dian)(dian)(dian)阻造(zao)(zao)(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)稱(cheng)(cheng)為(wei)歐姆(mu)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)；②由(you)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)－電(dian)(dian)(dian)解質(zhi)界面層中電(dian)(dian)(dian)荷傳(chuan)遞過(guo)程的(de)(de)(de)(de)阻滯造(zao)(zao)(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)稱(cheng)(cheng)為(wei)活化(hua)(hua)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)；③由(you)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)－電(dian)(dian)(dian)解質(zhi)界面層中傳(chuan)質(zhi)過(guo)程遲緩而造(zao)(zao)(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)稱(cheng)(cheng)為(wei)濃差極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)。減(jian)小極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)方(fang)法是(shi)(shi)增大電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)反(fan)(fan)應(ying)面積、減(jian)小電(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)度、提高反(fan)(fan)應(ying)溫度以及(ji)改善電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)表面的(de)(de)(de)(de)催化(hua)(hua)活性(xing)。

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薄膜太陽能電池優缺點

薄膜型太陽能電池由于使用材料較少，就每一模塊的成本而言比起堆積型太陽能電池有著明(ming)顯的減少，制造程序上所需(xu)的能(neng)量也較(jiao)堆積型太陽能(neng)電池來的小，它(ta)同時也擁(yong)有整合型式(shi)的連(lian)接模(mo)塊，如此一來便(bian)可省下了(le)獨立模(mo)塊所需(xu)在固定和內部連(lian)接的成(cheng)本。

未來薄膜型太陽能電池將可能會取代現今一般常用硅太陽能電池，而成為市場主流。非晶硅太陽能電池與單晶硅太陽能電池或多晶硅太陽能電池的最主要差異是材料的不同，單晶硅太陽能電池或多晶硅太陽能電池的材料都疏，而非晶硅太陽能電池的材料則是SiH4，因為(wei)材料的(de)不同而使非晶(jing)硅太(tai)陽(yang)能電池的(de)構造與晶(jing)硅太(tai)陽(yang)能電池稍(shao)有不同。

SiH4最大的(de)優點為(wei)吸光效果及光導效果都很好，但其電氣特性類似絕緣體，與(yu)硅的(de)半導體特性相差甚遠，因此最初認為(wei)SiH4是(shi)不(bu)適合的材料。但在1970年代科學家克服了這(zhe)個問題，不久后美(mei)國的RCA制(zhi)造出第一(yi)個非(fei)晶(jing)硅太陽能(neng)電池。雖然SiH4吸光效果及光導效果都很好(hao)，但由于其結晶構造比多晶硅(gui)太(tai)陽能電(dian)池(chi)差(cha)，所以懸浮鍵的問(wen)題(ti)比多晶硅(gui)太(tai)陽能電(dian)池(chi)還(huan)嚴(yan)重，自由電(dian)子(zi)與電(dian)洞復合的速(su)率非(fei)常快；此外SiH4的(de)結(jie)晶構造不(bu)規則會(hui)阻礙電子與電洞的(de)移動使得擴散范圍(wei)變(bian)短。

基于(yu)以上兩個因(yin)素，因(yin)此當光照射在SiH4上產生電子(zi)(zi)電洞(dong)對后，必須(xu)盡快將電子(zi)(zi)與電洞(dong)分(fen)離，才能有效產生光電效應。所(suo)以非晶硅太陽能電池(chi)大多做(zuo)得(de)很(hen)薄，以減少自(zi)由(you)電子(zi)(zi)與電洞(dong)復合。由(you)于(yu)SiH4的吸光效果很好，雖然非晶硅太陽(yang)能電池做得很薄，仍然可以吸收大(da)部(bu)分的光。

非晶(jing)硅太陽(yang)能電(dian)池(chi)最大(da)的(de)優點(dian)為成本(ben)低，而(er)缺點(dian)則是效率低及光電(dian)轉(zhuan)換效率隨使用時間衰退的(de)問(wen)題。因此非晶(jing)硅太陽(yang)能電(dian)池(chi)在小電(dian)力市場(chang)上被廣泛使用，但在發電(dian)市場(chang)上則較不具競爭力。