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太陽能(太陽熱能) |
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太陽能(太陽熱能) |
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10級 張詒崴 10級 謝宏昌 11級 羅盛元 11級 王宇謙 |
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2017
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09級 張育甄 09級 莊昕 10級 張詒崴 10級 林威辰 10級 林書甫
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2016
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08級 葉宇婕 08級 陳怡蒨 09級 洪英凱 09級 莊昕
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2015
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07級 林雨璇 08級 蔣慧柔 08級 陳怡蒨
2014
06級
江承軒
2013 05級
張志偉
05級 李奇騰
2012 04級
歐陽義詠 04級
黃子翔
2011
03級
洪俊中 03級
王柏竣
2010 02級
邱亭融 02級
金培豪 02級 黃士逢
03級 張博智
03級 王子維
2009
01級 劉芷帆 01級 童仲帆
2008
00級
朱哲丘
00級 王靖慶
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太陽能(太陽電池) |
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年度 |
小組組成 |
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2016 |
08級 陳彥廷 08級 陳昱豪 09級 任成允 |
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2015 |
07級 陳品全 08級 項之悅 08級 陳柏宏 
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2014 |
06級
蔡霆
06級
張皓淯
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2013 |
05級
林麟傑 05級
梁爾介 
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2012
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04級
黃文亮 04級 王靖仁
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2011
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03級
莊博仁 05級 林季萱
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2010
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2009
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01級 洪健珉 01級 林建宏 |
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1. 中英文簡介
(Introduction)
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1.中英文簡介(Introduction)
在提倡綠色地球、保護地球的意識下，太陽能的地位日漸提升；因為太陽能並不需要燃料，只需陽光就可，也不會汙染環境。而太陽能爐具是利用太陽光做為它的能量來烹煮，可以減少那些以樹木為燃料所造成的森林砍伐或沙漠化以及地球暖化。現 在有組織-國際太陽能炊具（Solar Cookers International（SCI））在非洲以及一些日照充足的地區宣傳太陽能灶。另外，諸如大地旅人的團體近年來在台灣亦極力推廣，並定期舉辦相關活動，對綠色地球貢獻不餘遺力。
Promote green
earth, under protecting
the earth awareness,
the status
of solar
energy is
increasingly being; need
fuel,
because the solar
energy is not just
the sun , it will not
pollute the environment.The solar
stoves use sunlight
as its
energy to
cook, you can reduce
those trees
for fuel
caused by deforestation
or desertification and
Earth warming.Now the organization
(Solar Cookers International)
in Africa,
as well as some of the
sunny regions publicity
solar stove.Such as earth
traveler groups
in Taiwan
in recent
years also
hard to promote and
organize related
activities on
a regular
basis, the
contribution to
the Green Earth
spare no effort.
2. 實驗原理(Physics Principles)
大致可分為：反射定律、熱箱原理、太陽能發電廠及集熱真空管與史特林引擎的介紹
2-1.反射定律
光反射原理
將光線照射光滑表面，因入射角等於反射角，來調整我們想要照射的區域。 也可利用各種反射鏡面會聚太陽而製成的太陽能設備，則可獲得比較高的溫度。通常使用的反射鏡有拋物面反射鏡，柱形反射鏡，圓錐形反射鏡等。這些反射鏡通常是在玻璃表面鍍上反射層，或是金屬表面拋光或反射層。 如拋物聚焦
2-2.熱箱原理
所謂熱箱原理是四個側面和底面木板之類作成的箱子，分內外兩層，中間放絕緣材料，箱子內壁塗黑，箱子上面裝塊平玻璃板。當太陽光線投射到玻璃板上並進入箱子裡面時，塗黑的內表面將很好的吸收太陽輻射能，從而使箱內可以達到遠比室外高的溫度。
因為熱箱原理最主要的是儲熱，所以必須防止熱散失!!!!!!!!!!!!!!!!! 熱傳導：傳導是固體的傳熱方式；熱從高溫的物體傳到低溫的物體。 防止熱傳導→利用箱子內部的夾層以及紙箱的瓦楞紙減少熱傳導
熱對流：液體和氣體的傳熱方式主要是對流。如下圖
防止熱對流→蓋上玻璃防止內部熱空氣與外部冷空氣對流，夾層亦可減少熱對流散失
熱輻射：不需任何物質當媒介，而直接由熱源傳播出去的方式叫輻射。 防止熱幅射→將內部塗黑吸收外來的輻射熱，使吸收太陽光的熱與物體幅射的熱平衡
杜瓦瓶 即保溫瓶，利用中空的夾層將內外環境做隔絕已達減緩熱交換的速率達到保溫之效。 1.保溫之液體 2.鍍銀(防止熱輻射)
3.真空(防止熱傳導、熱對流) 4.軟木塞(防止熱對流) 5.外殼
2-3.太陽能發電廠： A.PS10太陽能發電塔
位於西班牙西南部陽光充足的地區，624片巨大反光鏡聚光，每片反光鏡能隨太陽移動而作角度調整，將太陽光聚集於115公尺的高塔上，塔上設有陽光收集器和蒸汽輪機，當陽光聚集時能產生攝氏250度以上的高溫，可將塔內的液體蒸發，產生蒸氣，再傳送至塔底，推動渦輪機來發電，可提供約5500戶的家庭用電，每年可減少18000噸的二氧化碳排放量，但目前的的困難是發電成本高於傳統發電3倍。
B.內華達州太陽能發電廠(Solar one)
位在內華達的太陽能一號電廠，這是近20年來興建完成的大型商業太陽能電廠之一，被稱為集光型太陽能發電或所謂「CSP」。 這些鏡子將比一般強度高70倍的陽光，聚焦在一根裝了合成油，被稱做集熱管的長圓柱，直到溫度達到接近攝氏4百度，接著滾燙管子經過熱傳導器，將水變成蒸氣，最後用蒸氣驅動渦輪，來產生電力。
2-4.高雄附近大型太陽能設施 愛之船 詢問服務台人員,她告訴我們愛之船確實利用太陽能板發電和利用電纜去充電,完全不使用油驅動來發電,可以達到不污染愛河河水 後來,我們又去詢問開船的人員,他仔細地向我們解釋,太陽能板是串接起來連接蓄電池,白天時能充電,在白天、夜晚可以運用,每一次來回耗費2%的總電力,一台一天大概最多跑25趟,因此電力是夠用的。但是早上就要使用,因此夜晚會停在真愛碼頭旁,用330伏特的電壓去充電,並且說到現在愛之船有分成2代,第1代用電力去充電會出現問題,電力不容易充飽,而第2代改善這問題,愛之船可以不擔心電力的問題,所以我們得知愛之船確實使用太陽能,但還是必須倚靠電力去輔助。
世運主場館 觀察建築物和建築物的記載,提到有關太陽能的訊息,是全球第一座具有1MPW（百萬瓦）太陽能發電容量的運動場（場館屋頂使用多達8844片玻璃壓縮的太陽能光電板組成,實際走了一圈,發現主場館屋頂上方全是太陽能板
台灣歷史博物館 在台南的」台灣歷史博物館」其太陽能板命名為」光電雲牆」，「光電雲牆」由經濟部能源局補助建置，是國內經典的光電發電設施之一，也是該館極具代表性的醒目大型意象。雲牆共由1,755片板面組合而成，由1350片太陽能光電板及405片鋼印玻璃組成，裝設的太陽光電系統共有195kWp，年發電量約177938度，減少二氧化碳排放量約145公噸，在太陽能板上方標示館名」NATIONAL MUSeUM OF TAIWAN HISTORY」，其設計除了象徵先民渡海之際雲天壯闊的意象，也是支援博物館電力的環保設施。
路竹發電廠 路竹區高聚光太陽能發電示範場，是亞洲最大的高聚光太陽能發電(HCPV)示範場（僅次於西班牙）。共有141座太陽能面板同時在運轉，非常壯觀，總發電容量約1百萬瓦（MW），為台灣綠能產業寫下新的里程碑。示範場最大的特色是「聚光」與「追日」，它利用凸透鏡集中太陽光，能源轉換率達到24～26％，高於目前一般矽晶太陽能板的17~16%可以達到節能省碳功效，為台灣綠能產業奠定優良基礎。
2-5.集熱真空管
優點 : 結構簡單且集熱效率高、保溫效果好 缺點 : 管內存水過多，會使水溫上升緩慢，真空管無法承壓，管內也容易結垢，在嚴寒地區使用會凍結，且價格昂貴。  全玻璃真空管裝置(上圖)  真空管太陽能熱水器原理(上圖) 2-6.史特林引擎
簡介:
3. 演示項目(Demonstration of Experiments)
3-1.經典演示項目 A.箱型爐具(box cookers)
陽光經由包覆著鋁箔紙的反射面進入箱子內，再利用熱箱原理，使內部溫度上升並防止熱散失，加熱效果良好。
箱型爐具實際測量溫度
B.拋物型爐具(parabolic cookers)
功能如同凹面鏡一樣，利用拋物聚焦的原理使光聚焦在同一個區塊，聚光效果較箱型爐具好，不過缺乏防止熱散失的措施。
3-2. 歷年創新演示項目 A.自製二次反射爐具
箱型爐具的改良型，利用讓光線反射兩次的方式，吸收熱箱四周陽光的能量，集中到箱內，再加上陽光直射之能量， 使整體效率上升，最後以熱箱原理保存箱內溫度。
二次反射爐具實際測量溫度
B.自製太陽能發電廠模型
模仿PS10太陽能發電塔的原理所製作的模型，反射板會將陽光集中於中心部分，使其溫度提高。
3-3. 跨主題演示項目
4. 相關影片連結(Video Link) 太陽能爐具的使用(非洲)
5. 歷年解說影片(Annual Demonstration Movies) 2014年 中文講解影片 2014年 英文講解影片 2013年 中文講解影片 2013年 英文講解影片 2012年 中文講解影片
2012年 英文講解影片
2011年 中文講解影片 http://www.youtube.com/watch?v=fcuD8Sht-nw 2011年 英文講解影片 http://www.youtube.com/watch?v=zklruF_umYM 2010年 講解影片 http://www.youtube.com/watch?v=SCU3W96s2HM&list=PLD86F231C6AD288F8&feature=player_embedded
2009年 講解影片 http://www.youtube.com/watch?v=uw5V2owLYEY&feature=player_embedded
6. 家中小實驗(DIY Experiments) 自製簡易太陽能爐具
首先，我們需要幾樣材料：
1. 兩個大紙箱(大小一樣) 2. 黑色壁報紙 3. 鋁箔紙 4. 保鮮膜 5. 一些沙子
而一開始我們先將其中一個紙箱的四個側面截下來，並割出卡榫：
之後將這四張紙板置入另一個紙箱中並以井字型互相卡住，在井字中間的區域底層以剩下的紙板固定出一個基座(約離開口處10公分)，且再取一塊完整紙板做反射面：
(俯視圖)
最後再基板區倒入沙子之後將封口整個貼上保鮮膜，再用鋁箔紙貼滿反射板並貼平就大功告成囉！可以試著放水或是一些小物品進去加熱看看， 觀察並記錄溫度的變化唷！
8.問題與討論(Questions and discussions) 1. 為何光滑表面能反射太陽光? 2. 如何提高太陽能爐具的工作效能? 3. 甚麼是熱箱原理? 4. 熱散失有哪些，爐具最主要熱散失是?? 5. 為何黑色布容易吸熱? 6. 針對爐具，如何防止熱散失? 7. 針對爐具，如何防止熱對流? 8. 針對爐具，如何防止熱輻射? 9. 架設太陽能爐具要注意哪些事項? 10. 還可以利用太陽能做何事? 11. 如何利用太陽能發電? 12. 爐具在一年中的何時使用效率最高?為什麼? 13. 為何放入沙子能提高加熱效率? 14. 太陽能爐具的使用對於非洲等地區有什麼好處? 15. 製作爐具的素材各有什麼功能與優點?
9.相關英文字彙(English Vocabulary) 太陽能 solar 箱型爐具 box cookers 拋物型爐具 Parabolic cookers 熱箱 Heater 太陽能發電廠 Solar plant 反射原理 Reflection principle 熱傳導 Thermal conduction 熱對流 Thermal convection 熱輻射 Thermal radiation 焦點 Focus 熱散失 Dispersion of heat 絕熱 Heat insulation 熱容 Heat capacity 比熱 Specific heat 攝氏溫度 Celsius 華氏溫度 Fahrenheit 蒸汽機 Steam Engine 反射板 Reflective plate 太陽能集熱器 Solar collector
10.參考資料(References)
10-1相關普物課本的章節
Halliday:Principle of Physics (9th edition)
Ch.18-3 The Zeroth Law of thermodynamics Ch.18-7 Temperature and Heat Ch.18-8 the Absorption of Heat by Solids and Liquids Ch.34-3 Plane Mirrors Ch.34.4 Spherical Mirrors
參考網址:
10-2 歷年演示看板
10-3 歷年選票
10-4 專題研究成果競賽
11.其他(Others) SCI國際太陽能炊具組織與大地旅人 國際太陽能炊具Solar Cookers International（SCI）是非營利組織，它的成立意旨在宣傳全球太陽能烹飪的意識，特別是在擁有豐富日照的地區。自1987年成立以來，使3萬多戶非洲家庭利用太陽的能量做飯，解決婦女和兒童為了收集木柴而隨身攜帶數英里的困擾。幾萬個用太陽能烹飪的創作以及來自世界各地的優秀出版物和教育資源，通過網絡並受益和交換SCI的信息、研究、技術支持以及爭取贊助。國際公認網路的太陽能烹飪資源信息。此外，SCI以及諮商地位的聯合國通過宣傳努力，使的各國政府和非政府組織幫助太陽灶發起。
(Jose Albano在宣傳太陽能爐具的用途)
(非洲婦女利用爐具烹煮食物)
大地旅人環境工作室
理念
「大地旅人」這個名字的想法來自地球太空船的概念。地球就如一輛載具，是承受我們生命由生到死唯一的班車，因此我們必須學會照顧這班車，確保它能為未來的世代提供服務。我們認為自己是地球的旅客，在宇宙的時空下，每個乘客的旅途都極為短暫，留下的足跡應該很輕。因此我們提倡簡樸生活，並透過各種環境教育的教學方法傳達我們的理念，與更多人一起行動，降低我們的生態足跡。
由於體認到地球萬物及人類日常生活無時不刻的作為都與能源脫離不了干係，但能源教育卻是教育系統中疏漏的一環，以致造成多數人們漠視或是無法自覺其日常生活的行為跟地球及未來世代是緊密相關聯的，因此大地旅人的夥伴們以推動能源教育作為我們對未來社會跟環境的積極回應；同時我們瞭解到能量流動、物質循環是維繫整體生態系統運作的關鍵，因此，對於能源議題的關注的不應侷限於電能，而應延伸到我們的飲食習慣、交通方式、選購的產品、旅行距離、休閒活動，以及我們對舒適跟文明的定義等。
基於上述的理念與對善待地球的承諾，我們推動了以下的工作，希望結合更多對地球環境友善的夥伴與實際行動：
1. 樸門永續設計與教學(Permaculture Design)
推動屋頂革命:博仲法律事務所生態屋頂設計，及參與師大環教所屋頂農園設計
樸門永續設計專業課程提供
都市與校園閒置空間規劃
2.被動式太陽能設計(Passive Solar Design)
太陽能鍋運用
居家節能生活設計諮詢
教學與教材推廣
3.能源與環境教育教材發展與課程規劃：全校式經營能源教育推動計畫
4.城市修復
臺北市油杉社區發展協會生態生活營造
新店市花園新城假日農耕隊
推廣活動
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轉載自其官網詳情請連結大地旅人環境工作室 太陽能熱水器原理
太陽能熱水器運作方式簡單來說，就是集熱→循環→保溫。 史特林發動機工作原理
史特林發動機（Stirling Engine）是一種閉循環活塞式熱機，所謂閉循環就是工作燃氣一直保存在氣缸內。
A.史特林循環:
B.雙缸史特林:
C.配氣活塞式史特林發動機
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1 中英文簡介 2 實驗原理 3 演示項目 4 相關影片連結 5 歷年演示影片 6 家中小實驗 7 新鮮人創意實驗 8 問題與討論 9 相關英文辭彙 10 參考資料 11 其他 12 中山大學相關研究
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太陽能相較於其他能源，是一種較乾淨且對環境汙染較小的永續 能源，但是單純太陽的熱能無法廣泛被利用，透過太陽能電池的 轉換系統，可以將太陽能轉換為電能，電能是比較被廣泛被利用 的能源型態，可以供給給家庭或企業使用。 太陽能電池使太陽能能被以更多種方式去利用，以下就讓我們來 瞭解太陽能電池的原理與相關資訊。
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二 實驗原理(Physics
principle):
2-9 氫鈍化處理(Hydrogen Passivation Treatment)
構成太陽電池的半導體主要是 P型半導 (半導體內加入『硼』 ) 體與N 型半導體 ( 半導體內加入『磷』 ) ，將PN 兩型半導體結 合在一起，PN 兩型半導體的接觸面會形成空乏區。 當太陽射入到空乏區時，擁有足夠能量的光子激發矽原子的電子 而產生自由電子與電洞，因為空乏區內電場作用，帶負電的電子 會往N 型半導體移動，帶正電的電洞會往P 型半導體移動，此時 兩型半導體存在電位差，以導線連接時，電子會經由導線跑道P 型半導體，因而產生電流。
Copper Indium Gallium Diselenide簡稱為 CIGS 薄膜太陽電池中轉換效率最佳者，可使用軟性基板，與矽晶太陽 電池相比，只需極小部份的矽原料，轉換效率可以達到20%，在生 產過程中消耗的能源為傳統矽基太陽電池的一半。
發電原理： 染料敏化電池是第三代太陽能電池，因傳統的矽晶電池需高純 度的矽成本太高,但染料敏化電池是用二氧化鈦製成，二氧化 鈦傳統稱為太白粉是白色油漆的材料，很便宜但二氧化鈦只吸 收紫外線波段的光，無法用可見光所以用染料當收光介質也就 是光敏劑,來吸收可見光。染料分子吸收太陽光能後，使電子 獲得足夠能量從基態變成激發態。 處於激發態的電子不穩定，此不穩定的電子易於被與之緊鄰的 奈米TiO2微晶所吸引，而選擇注入到TiO2內。失去電子的染 料，會從液態電解液中補充電子，以使染料恢復電荷平衡。進 入TiO2的電子，在互相連接的奈米TiO2 微晶網絡中，交互傳 遞導通彙集於透明電極上，最後將透過外部迴路傳遞到另一電 極基板表面的導電層，產生流通的電流。此電流我們稱之為光 電流。
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圖5-14 非晶矽的、多晶矽的、以及單晶矽的三種不同的結晶型態 多晶矽太陽光電池則是以降低成本為優先考量，其次才是效 率。多晶矽太陽光電池降低成本的方式主要有三個，一是純化 的過程沒有將雜質完全去除，二是使用較快速的方式讓矽結 晶，三是避免切片造成的浪費。多晶矽太陽光電池結晶構造較 差主要的原因有兩個，一是本身含有雜質，二是矽在結晶的時 候速度較快，矽原子沒有足夠的時間形成單一晶格而形成許多 結晶顆粒。如果結晶顆粒越大則效率與單晶矽太陽光電池越接 近，結晶顆粒越小則效率越差。效率差的原因是顆粒與顆粒之 間存在著結晶邊界，結晶邊界存在許多的懸浮鍵，懸浮鍵會與 自由電子復合而使電流減少，而且結晶邊界的矽原子鍵結情況 較差，容易受紫外線破壞而產生更多的懸浮鍵。隨著使用時間 的增加，懸浮鍵的數目也會隨著增加，光電轉換效率因而逐漸 衰退；此外雜質多半聚集在結晶邊界，雜質的存在會使自由電 子與電洞不容易移動。結晶邊界的存在使得多晶矽太陽光電池 的效率低，懸浮鍵的增加使得光電轉換效率衰退。種類有塊 狀、薄膜狀、以及球狀等三種。
圖5-6 單一接面式的 (a)、雙重接面式的 (b)、以及多重接面式的 (c) 結構示意圖
球狀
圖5-7 代表性球狀矽太陽能電池的實體以及用於光學模擬計算的解剖體
圖5-7 代表性球狀矽太陽能電池的實體以及用於光學模擬計算的解剖體
2-9 氫鈍化處理(Hydrogen
Passivation Treatment):
在球狀矽太陽能電池之內，所存在缺陷、晶界、雙晶、以及差排 的分佈，可以經由射頻氫氣電漿處理，使得接面區域的懸吊鍵結 失去活性化而產生鈍化效應，此種方式稱之。 一般氫鈍化處理的製程條件，是1.5 Torr氣壓、125 mWatt/cm2 射頻功率密度、以及400℃，進行兩個小時的氫電漿化處理。
一般球狀矽太陽能電池的製作流程
製造時讓矽以點滴的方式落下形成球狀的快速凝固。球形矽太陽
能電池的矽使用量只有多晶矽太陽能電池的1/5-1/7。
(目前的轉換效率約11.7%)
上圖為Solarfan採用了四塊聚光型球形矽太陽能電池板,可以通過
USB接口為數位產品進行充電,在陽光下準備10分鐘可以為手機充 入約進行3分鐘通話的電量。售價都為22050日元
2-11 Floating Zone Method(FZ):
懸浮帶區法(FZ法)
‧
‧1.因CZ法缺點，乃因坩鍋內的氧原子會滲入單晶錠長晶過程中。 ‧2.FZ法可以生產含氧量非常低的單晶錠。 ‧3.先以模子鑄出含摻雜物多晶矽棒。 ‧4.種晶被熔融並接合於棒的下端。 ‧5.射頻(RF)加熱線圈沿軸向上移動，多晶棒熔融，原子排成種晶方向。 ‧6.缺點: –無法生成大直徑晶錠。 –差排(dislocation)密度較高。 ‧7.生成的晶錠以製造: –功率晶體(thyristor) 。 –大功率整流元件(rectifier) 等為主要目的。
集熱發電系統-由於太陽光輻射的能流密度低,為了得到足夠的能量,通常必須採用集熱器,來採集太陽能
光觸媒反應」的原理如圖一所示,光子具有一定能量，當照射到某些物質上（如半導體），原子的電子吸收一定的能量後，便會從價帶躍升到導帶，原本電子存在的地方就會出現一個帶正電的電洞，電洞會將附近水分子游離出的氫氧基(OH-)氧化(即奪取其電子），使其成為活性極大的氫氧自由基H2O ↔ H+ + OH−；氫氧自由基一旦遇上有機物質，便會將電子奪回，有機物分子因鍵結的潰散而分崩離析。一般的污染物或病源體多半是碳水化合物，分解後大部份會變成無害的水及二氧化碳，因此可以達到除污及滅菌的目標。
氫氣為很乾淨的能源，有一種方法為光生物製氫法
三 演示項目(Demonstration of Experiments): 請勿在家自行做危險的實驗(Please do not do the dangerous experiment in your house) 將四驅車電池座拆除後，以太陽能電池作為動力來源，並用少許 的保麗龍方塊墊高太陽能板並且固定。當太陽光直射時，車子將 會跑動，當太陽光斜射時，車子動力將會有明顯落差，藉由固定 角度斜放太陽能電池的設計演示光照角度對於發電量的影響。
實驗材料： 太陽能電池４Ｖｘ２ 玩具四驅車 玩具馬達 保麗龍方塊 製作步驟： 1.確定太陽能電池與馬達工作效率: 首先我們應該先確定手上的玩具馬達工作電壓數值，因此才能尋 找能夠供應足夠電壓給馬達的太陽能板。（小提示：我們可以利 用串聯並聯的技巧達到足夠的電壓以及電流。) 2.完成接線，並檢查接線： 接著就可以將太陽能電池以及馬達接上並查看是否接好且符合接 線原理。 3.固定太陽能板: 剪裁保麗龍方塊，堆疊滿意的高度後用膠帶將之纏繞並繞過車底 盤加強固定。(這個步驟你可以調整自己喜歡的太陽能板擺放角 度) 4.完成: 安裝太陽能電池，用透明膠帶固定並纏繞過車底盤，大功告成。
四 相關影片連結: 太陽能板原理 太陽能板製造
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五
歷年演示影片:
2013中山物理演示實驗 能源物理-太陽能電池(中文) 2013中山物理演示實驗 能源物理-太陽能電池(英文) 2012中山物理演示實驗 能源物理-太陽能電池(中文) 2012中山物理演示實驗 能源物理-太陽能電池(英文) 2011中山物理演示實驗 能源物理-太陽能電池(中文) http://www.youtube.com/v/CR39wXrE6ww?version=3 2011中山物理演示實驗 能源物理-太陽能電池(英文) http://www.youtube.com/v/9dEfMSad3cA?version=3 2010中山物理演示實驗 能源物理-太陽能電池
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 六 家中小實驗(DIY Experiment):
請勿在家自行做危險的實驗(Please
do not do the dangerous experiment in your house)
除了上述的玩具太陽能車外，同學們不妨想一想還有哪些原本使 用電池作為電力來源的電器，也可以用太陽能電池驅動呢？ 比如說掌上型的風扇
七 新鮮人創意實驗:
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八 問題與討論(Questions
and discussions): 1. 目前太陽能電池在生活中的應用? 2. 太陽能電池的主要原料? 3. 何為P型半導體，N型半導體? 4. 太陽射入到P-N鍵結時，電子和電動會分別往哪種半導體移動? 5. 單晶矽和多晶矽哪種太陽能電池發電效率較低? 6. 同上題，為什麼? 7. 太陽能電池所產生 電流為A.C 或D.C? 8. 太陽能電池發電是根據愛因斯坦的什麼效應? 9. 目前太陽能電池主要以哪兩種為主? 10.太陽能電池須照射多久才能發電? 11.製作太陽能車需要注意什麼? 12.你可以說太陽能板是0汙染的產業嗎? 13.(同上題)為什麼你這麼說? 14.太陽能板相對於其他能源的競爭優勢? 15.試想一種電器適合太陽能板應用? |
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九 相關英文字彙(English
Vocabulary): 1.Panels 面板 2.Photovoltaic 太陽能 3.Module 模組 4.Crystalline 結晶 5.Silicon 矽 6.glisten 閃光 7.soldering 焊接 8.ultrasound 超音波 9.assembled 組裝 10.dexterity 靈巧 11.voltmeter 電壓表 12.verified 驗證 13.metallic 金屬 14.strip 地帶 15.transparency 透明 16.sheets 張 17.rigidity 剛性 18.sealing 密封 19.laminate 層壓板 20.vacuumed 真空 21.hermetically 密封 22.simulators 模擬器 23.amorphous 無定形 24.illumination 照明 25.components 元件
十 參考資料(References): 10-1 相關普物課本章節: Halliday:Principle of Physics (9th edition) CH:38 Photoelectric effect photons and matter waves 相關普化課本章節: Zumdahl:International Student Edition(Eight Edition) CH7:Atomic Structure and Periodicity 10-2 歷年看板: 10-3 歷年選票:
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十一 其他(Others):
十二 中山大學相關研究: 訪問對像：中山大學物理系博士班張菁文學姊 問：請問學姊研究的太陽能電池與一般市售的有什麼不同？ 答：現在目前市售的太陽能，但板都是用Si當作原料我們實驗室的主要發展是利用氮化物，因為Si的發展已經趨近理論極限，且Si為間接能隙，而氮化物為直接能隙，直接能隙可以減少我們轉換過程所損耗的能量，又氮化物的吸收係數大，其吸收係數會因不同波長而有不同的吸收係數，意指能吸收光波長的程度，而氮化物的吸收係數大，理所當然能吸收更多的光。氮化物是我們原料的部分，另外我們的結構也有所不同，現在的太陽能板都是利用薄膜製程，而我們的研究目標是想在基板上以奈米柱的型式養成，然後在放上一層ITG(透明導電膜)，這樣不但能增加收收光的面積，也希望能在奈米柱之間做反射，而不是反射出來。
問：請問學姊在發展太陽能電池中遇到最大的問題是什麼？ 答：原料部分，因為之前都是利用GaInP2/GaAs/Ge當原料，其3.5族具有抗輻射性佳的特性，可以將太陽能電池做成聚光型，但以我所知目前效率也只有3.03%，而我們採用的GaN/InN/InGaN效率更低。另外可能會造成效率低是因為磊晶不佳，有太多缺陷，以薄膜為例，在養晶的過程中會出現許多線缺陷，但我們發現當我們做成奈米柱，其寬度小於100奈米，線缺陷的現象就會消失，但也因為接觸面積增加，導致面缺陷的地方也增加，另外我們在奈米柱上面放上電極時，奈米柱彼此可能會相連而導通，這樣就失去功能了。 問：市售的太陽能電池有許多規格，那我們在製程時如何去控制它的輸出電壓？ 答：電壓的不同是因為太陽能電池的材料不同，其產生的能隙就會不同，另外因為吸收係數不同，所以在接收不同光波長時，其太陽能電池的端電壓也會不同。而我們市售的太陽能電池規格都是已太陽輻射光譜做為基準，其中又分為AM1.5D與AM1.5G。其AM1.5D為在美國直接照射下的結果，因為美國現在最大所以以美國為標準，而AM1.5G是在陽光直接照射下又加上地表反射的輻射結果，其實我們通常都是用AM1.5G居多。 自行補充： Q.什麼是AM1.5？ A.AM1.5指的是目前被慣以使用的太陽光譜制度。當太陽照射到地球表面時，由於大氣層和地表景物的散射與折射的因素，會多增加百分之二十的太陽光入射量，抵達地表上所使用的太陽電池表面，其中這些能量稱之為擴散部份。因此針對地表上的太陽光譜能量有AM1.5G(global)與AM1.5D(direct)之分，其中AM1.5G即是有包含擴散部分的太陽光能量，而AM1.5D則沒有。
Q.什麼是串聯式(多層次)有機太陽能電池？ A.因為不同的材質在對於太陽光譜都有不同的吸收係數，我們利用這個特性，選擇吸收特性互補的材料，當作串聯式太陽能電池的兩個主動層(又稱吸收層)物質，而電池可透過中間層串聯起來。而奈米柱的結構亦可在中間加入一個吸收係數較大的材質當作主動層(i層)。而這種串聯式太陽電池具有兩大優點，第一，因為它是將兩個獨立太陽電池串聯起來，其開路電壓大約等於兩太陽電池的電壓相加，電壓提高可以提高電池的功率。第二，因為為兩種不同的材質串聯而成，其兩者的吸收係數不同，能吸收的太陽光波長就不同，而能增加我們接收的光波長範圍，所以可以做成更有效的吸收，提高效率。在未來的發展上，因目前市售的的太陽電池多為矽晶圓式太陽電池，雖然技術成熟轉算效率高，但成本高、不可撓、質量重、容易碎、不耐撞等，使技術上已到達極限，但可撓式太陽電池的特性剛好彌補矽晶圓式的缺點，成本低、可撓、質量輕、不易碎等，所以現在的研究方向多以可撓式太陽電池為主。
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