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【解密科技寶藏】更便宜、更有效率的可撓式CIGS太陽能,技術大突破

  今年八月Google為了拯救環境,推出了太陽能屋頂計劃(Sunroof Project),利用Google Map的介面告訴一般大眾自己所居住的地方是否有充足的太陽日照時間與日照強度,甚至告訴住戶有多大的屋頂面積可以安裝太陽能電板。

圖說明

在過去,各國太陽能發電的發展,多仰賴政策補貼維持營收,然而,近期各國也都開始檢討補貼策略,使得發展不同材料、製程的太陽能電池製造商,必須更強化自己的技術及應用實力,才能因應市場的變化。

太陽能電池根據不同的材質,可分為常見如設置於屋頂上或人造衛星的矽基太陽能電池與非矽基太陽能電池如:CdTe薄膜電池、CIGS薄膜電池、染料敏化薄膜電池等等。

近期頗受看好硒化銅銦鎵(Copper Indium Gallium Diselenide,CIGS)太陽能電池,是屬於薄膜太陽能電池的一種,特色在於優良的能量轉換效率,國際間近期最好的轉換率可達到21.7%,已優於多晶矽太陽能電池20.4%的轉換效率。又因為擁有薄膜型的特性,因此可以使用軟性可撓式基板,這讓應用範疇更不受限。

在製造成本面上,矽基太陽能電池約需200-300μm厚度的半導體吸收層,但CIGS的吸收層僅在1~2μm,也就是百分之一的厚度即可,因此在量產製造時,半導體材料費用只需每瓦0.03美元。因此CIGS太陽電池也成為目前太陽光電發展中備受矚目的要角。

在CIGS太陽能電池的製程部分,分有真空製程與非真空製程。工研院綠能所江建志專案經理團隊則是走非真空製程,相較於真空製成可達成的國際最高水準21.7%,非真空製程也可以達到14.6%的轉換率。但是相對於真空製程來說:

  • 非真空製程的材料利用率高達95%以上,而真空製程30%
  • 非真空製程的製作時間較短
  • 非真空製程設備投資僅需真空製程的30%

根據以上三個特點,可以讓非真空製程的發電成本更可降至每瓦0.5~0.65美元,相較矽基太陽能電池或其他薄膜電池,非真空製程CIGS太陽能電池將極具成本競爭力。

圖說明

工研院綠能所江建志專案經理指出,CIGS太陽能電池的能量效率,從一開始毫無價值的2%,在第一年的投入研發克服重重關卡提升到9%,陸續發現新製程提升到12%而成為備受矚目的發展重點。目前工研院綠能所所製造的CIGS太陽能電池輕薄可撓,搭配卷對卷印刷製程可再降低製程成本與製造時間。

此外,軟性可撓的太陽能電池特色,也被預期用在許多過去硬式矽基太陽能電池無法應用到的地方,例如穿戴式電子產品或縫紉於衣物與背包上,也能更彈性且免去大型安裝工程地用在建築物表面,或是結合遮陽棚、窗簾等達到太陽能電池安裝的最大功效。

近年才以非真空製程、無鎘、軟性可撓式等特點,先後以12.5%和14.2%的能源轉換效率,在第26、27屆歐洲太陽能國際會議(EUPVSEC)榮獲薄膜太陽電池領域之最佳海報論文獎,在全世界僅7篇、亞洲僅兩篇的獲獎論文中能連續兩年獲獎,最重要的是希望在可預期的未來,非真空製程CIGS太陽能電池,能成為我國引領世界太陽能產業的關鍵契機。

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