染料敏化型太陽能電池專題系列(一) 014 太陽能電池的世代發展

第一代太陽能電池主要是由單晶矽及多晶矽晶圓材料所製作，其光電轉換效率之理論值預估可達31%，而可商業化之模組效率約為12～19%。這類太陽能電池具有高達95%的市場佔有率，但其製作成本昂貴，每瓦成本大於3美元 。加上多晶矽的缺料，短時間之內成本很難再往下降。
替代性能源不止太陽能電池一種，風力、水利皆是，要讓太陽能電池成為替代性能源主流首要目標便是降低製造成本，預估要達到至少每瓦特0.33美元才較具有全面商業化的可能性。為達到此需求，研究人員開始著手開發第二代太陽能電池。
第二代太陽能電池於製作過程不需使用矽晶圓基板，因此降低製作成本，目前科學家於實驗室中開發出使用CdS/CdTe、Cu(In,Ga)Se2及多層接面之a-Si/a-SiGe，以濺鍍、物理氣相沉積及化學氣象沉積等方式製作，其中以a-Si/a-SiGe多層接面型最為成功，光電轉換效率可達16%左右。可製成大面積產品、製程簡便，但效率較晶矽太陽能電池來得低。
為進一步降低太陽能電池製作成本及提升市場佔有率，科學家著手研發第三代太陽能電池，目標為以極低成本製作光電轉換效率約在10～20%之太陽能電池元件，而染料敏化型太陽能電池符合此需求。



第一、二代太陽能電池
無論是哪一種哪一代的太陽能電池，依賴太陽能電池的發電系統，都有以下優缺點：
(一) 優點
1. 由於不用將能轉變為熱能再轉換成電能，只要有光即可有電，即使陰天也能發電。
2. 這種只靠陽光直接產生電能的裝置(太陽能電池)，可利用到太陽的輻射。
3. 本身質量輕(約14kg/KW)、無活動元件，無噪音、故障少。
4. 使用安全、無熱、無氣、無放射性、單位質量有相當大的功率輸出。
5. 適宜大型或小型發電，轉換效率與電池大小無關，而且可以就地發電以減少輸配電系統的損失及設備費。
6. 無機械破損，可說是半永久性的發電設備。
7. 較其他發電設備的保養維護少。
8. 不需能源的使用運轉費。
9. 沒有污染及能源受控制的問題。
10. 入射太陽輻射的變化幾乎對輸出電壓的影響很小很適合蓄電池的充電。

(二) 缺點
1. 目前較其他發電設備的設備費高。
2. 大規模發電的收集面積需大。
3. 較其他的發電方式，轉換效率低 。
4. 必須有充電的蓄電池。
5. 太陽能電池的機械強度低，需要補強。