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[解密科技寶藏] 軟性能源當道 聚焦薄膜太陽能電池

 [解密科技寶藏/可撓式CIGS太陽電池模組]
薄膜型太陽電池具備可撓曲、可折疊等特性,適用範圍更為廣泛。
薄膜型太陽電池具備可撓曲、可折疊等特性,適用範圍更為廣泛。

 

 

綠能當道,全球對於再生能源的發展都相當積極,各國政府都希望能夠提高再生能源比例,而目前可利用的再生能源技術包含太陽能、風力、水力、地熱、潮汐等。其中,太陽能是目前公認最乾淨的再生能源,也是最普遍且最常見的再生能源技術,太陽能電池更是綠能科技發展中相當重要的一塊。

 

儘管太陽光似乎取之不盡,但太陽能通常必須依靠蓄電池來儲存電能,而現階段也有不少科學家投入太陽能電池系統的開發,嘗試利用不同材質來製作太陽能電池,期望能達到最有效率的光電轉換發電方式。就現階段來看,常見的太陽能發電材料可分為矽晶圓、CdTe薄膜、CIGS薄膜、染料敏化薄膜、有機材料等,而常見的太陽能電池則主要可分為矽晶圓與薄膜型。

 

其中,薄膜型太陽電池由於具備可撓曲、可折疊等特性,適用範圍更為廣泛,因此也備受注目。為此,工研院綠能所江建志專案經理團隊也開發了一款薄膜太陽能電池-硒化銅銦鎵(Copper Indium Gallium Diselenide;CIGS)太陽能電池。

 

CIGS太陽能電池主要可分為真空製程與非真空製程,而工研院的CIGS太陽能電採用的是非真空製程,其原理是在極薄且可撓的不銹鋼基板下電極濺鍍一層Mo(鉬),並使用工研院自行研發的CIG(銅銦鎵)奈米漿料,以刮刀塗佈與狹縫式塗佈的方式,在不銹鋼基板上覆蓋一層CIG前驅物,並進行500℃的熱處理,使前驅物形成CIG金屬合金。

 

值得注意的是,工研院利用國內首座硒化氫實驗室在CIG合金中導入特定比例的Se,形成CIGS化合物,此動作在太陽能電池吸收光能轉化為電能中,扮演關鍵的吸收層,最後再依序鍍上緩衝層、透明導電層、金屬電極與保護層。

 

CIGS太陽能電池具備能量轉換效率表現極佳、應用範疇不受限、製造成本低、能源與材料損耗低等多項優勢。在能量轉換效率的部分,目前國際上的研究,在真空製程的能量轉換效率已可達到21.7%的成果,可媲美常見多晶矽太陽能電池20.4%的轉換效率,而工研院的非真空製程也可達到14.6%。

 

對此,江建志經理回憶,能量效率從一開始毫無價值的2%,經過重重關卡提升到9%,再到發現新製程的12%,進而受到矚目成為發展重點,甚至榮獲第26、27屆歐洲太陽能國際會議(EUPVSEC)薄膜太陽電池領域的最佳海報論文獎,這也意味著此技術在國際上的前瞻地位。

 

而儘管非真空製程能量轉換效率較真空製程低,技術難度也較高,但是對比真空製程材料利用率僅有30%,非真空製程材料利用率高達95%以上,且製作時間較短,儀器設備投資也僅需真空製程的30%,而發電成本更可望降低至每瓦0.5~0.65美元,這讓非真空製程CIGS太陽能電池極具成本競爭力。

 

除了成本優勢外,薄膜的特性,讓CIGS太陽能電池可使用軟性可撓式基板,應用範圍可拓展至過去硬式矽基太陽能電池無法應用的地方,如穿戴式電子產品、衣物、背包上;同時,軟性可撓的特色,可以更彈性地應用於建築物表面,或是結合遮陽棚、窗簾等,提高太陽能電池安裝功效。除此之外,CIGS太陽能電池還能夠搭配卷對卷印刷製程,進而降低製程成本與製造時間。

 

隨著綠能需求的日益增加,太陽能產業已開始走向新一波的成長動能,而具備多項優勢的非真空製程CIGS太陽能電池發展前景與潛力無限,預計將會為再生能源發展提供更多的助力,同時也引領台灣走向全球太陽能產業的領導地位。

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