染料敏化型太陽能電池專題系列(一) 006 太陽光譜

太陽能電池所需的太陽光，因會隨地點、大氣環境、照射角度、太陽和地球間距離及太陽表面活動之影響，因此需要建立標準之太陽光譜(spectrum)以提供太陽光模擬之參考。因為入射太陽光的強度(intensity)與光譜決定太陽能電池輸出的電流與電壓。
如果將物體置放於陽光下，其接受太陽光有二種型式，一為直接(direct)陽光，另一為經過地表其他物體散射後擴散(diffuse)陽光。一般的情況，直接陽光約佔太陽能電池入射光的80%。直接陽光的情況下，太陽光的強度與頻譜，可以用頻譜照度(spectrum irradiance)來表達，也就是每單位面積每單位波長的光照的功率(W/m2μm)。而太陽光的強度(W/m2)，則是頻譜照度的所有波長之總和。

模擬自然光光譜

大氣層之外與地球表面的太陽放光頻比較

太陽光的頻譜照度則和量測的位置與太陽相對於地表的角度有關，這是因為太陽光到達地表前，會經過大氣層的吸收與散射。位置與角度這二項因素，一般就用所謂的空氣質(air mass AM)來表示。對太陽光照度而言，AM 0是指在外太空中，太陽正射的情況，其光強度約為1353W/m2，約略地等同於溫度5800K的黑體輻射產生的光源。AM 1是指在地表上，太陽正射的情況，其光強度約為925W/m2。AM 1.5是指在地表上，太陽以45度角入射的情況，其光強度約為844W/m2。一般也使用AM 1.5來代表地表上太陽光的平均照度。
提及染料敏化光電轉換效率時，常會提及ASTM(american society for testing and materials, ASTM International) 所定義的太陽光譜。ASTM中定義了三種標準太陽光譜，分別為A.M. 0、A.M. 1.5 Direct 及A.M. 1.5 Global(日光以垂直線夾角48.2度入射於37度頃斜之平面)，而其中A.M. 1.5的兩種光譜分別在ASTM中以E891及E892定義 。
在簡單說明後，相信在以後的系列報導中，如果提及太陽光譜或AM，您就不會感到陌生了。