太陽能科技放眼未來 ── 2014 回顧系列:綠能新技術回顧

作者 | 發布日期 2014 年 12 月 31 日 14:31 | 分類 太陽能 , 電池
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能源技術的成就反映了產業的進步程度。在太陽能方面,今年最受矚目的是高效產品正式進軍市場,例如 PERC 製程與 N-Type 電池。彩色甚至透明的電池讓太陽能建築一體化的發展更進一步。風能、電動車與儲能系統等方面也有許多進展,新能源正往下一個世代邁進。



太陽能電池進入效率新世代

一、PERC 製程導入

發電效率是太陽能科技的改良重點。今年,可提升 P-type 單晶電池轉換效率的射極鈍化及背電極(Passivated Emitter and Rear Cell, PERC)技術正式進入市場,台灣已有旭泓、昱晶、新日光穩定量產,其他國家則有中國大廠晶澳以及德商 SolarWorld 等公司。導入 PERC 製程僅需增添部分設備,比起其他新一代技術而言,不須增加太多成本即可明顯提升電池的效率,因而大受歡迎,具優秀的商業化潛能。

PERC 技術是以矽化鎳(SiNx)或 Al2O3(氧化鋁)在電池背面形成鈍化層的背反射器,藉著增加光波吸收來提升電池的光電轉換效率。導入 PERC 製程的單晶電池效率可提升約 1%,於系統發電端而言,可大幅提升發電表現並降低每瓦的發電成本。然而,光衰(Light Inuced Degradation, LID)問題會影響發電效益,N-Type 電池因而成為另一個注目焦點。

 

二、N-Type 單晶電池

與 P-Type 單晶電池相比,N-Type 電池幾乎沒有光衰問題,可維持穩定的發電效率。同時,N-Type 電池組成雙面電池後的轉換效率可上看 22%,比 PERC 製程下的 P-Type 電池兩年內預期達成的目標(21%)還高,因此成為單晶高效電池的另一個發展方向。

然而,製作 N-type 電池所需之設備、技術複雜,從晶圓階段的成本就 比P-type 更高,也因此使 N-type 電池的成本仍遠高於市場均價。SunPower、Panasonic 等廠商為 N-Type 電池的龍頭,台灣有新日光與英穩達在今年展出雙面的 N-type 電池。在產品的市場價格仍低迷的狀況下,N-Type 電池雖開啟了電池效率的新世代,但距離商業化仍有距離。

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▲ 單晶太陽能電池的效率提升是目前最重要的科技發展方向。(照片來源:Oregon Department of Transportation via Flickr

三、其他高效電池技術

目前,常見的太陽能電池轉換效率上限分別是:單晶矽太陽能電池 25%,多晶矽電池 20.4%,CIGS 薄膜電池 19.8%、CdTe 薄膜電池19.6%;從成品來看,單晶電池的效率約為 19.4%,多晶則介於 17.4~17.6%,超過 17.8% 即屬於高效產品。提升電池效率是許多廠商努力的目標,也有研究的目標是突破這些上限。除了 PERC 製程與 N-Type 電池外,今年最具代表性的研究成果如下:

  • 轉換效率世界新紀錄:由法國 Soitec 公司、法國微電子研究機構 CEA-Leti 和德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所(Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems)共同開發的多結太陽能電池,轉換效率高達 46%,創下光電轉換效率的世界紀錄。同時,澳洲新南威爾斯大學研究人員成功將商用太陽能電池的轉換效率從33%提升到40%。
  • 晶澳高效產品:晶澳在年底打破自己的紀錄,將多晶模組轉換效率提升到 17.2%,遠高於 15.6% 的主流產品。同時,也研發出轉換效率達 20% 的多晶矽電池。
  • 薄膜電池效率屢創新高:今年九月,德國 ZSW 研究中心的研究人員創下 CIGS 電池 21.7% 轉換效率的紀錄,打破先前瑞典研究的成果。美商First Solar成功研發 21% 的 CdTe 電池,預計在 2015 年時可讓效率提升到 22%,且有望量產。同時,日本 Solar Frontier 也持續推進 CIS 薄膜電池的世界紀錄,現已達 20.9%。
  • Panasonic 與 Sharp 的電池競賽:日廠 Panasonic 於四月間發表了 HIT® 住宅用太陽能電池,轉換效率高達 25.6%;同月,Sharp 也發表了效率達 25.1% 的電池,雙雙超過了 25% 的門檻。

 

充滿個性的太陽能電池:BIPV 應用

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▲ 一棟位於巴黎的建築物,立面由太陽能板所組成。(照片來源:La Citta Vita via Flickr

不少人嘗試將太陽能與建築結合,也就是「建築整合太陽能」(Building-integrated photovoltaics:BIPV)。為了解決晶矽太陽能電池在遮光與色彩方面的限制,其他材料和技術都被納入研發。舉例來說,薄膜電池因透明度較高而被視為太陽能窗戶的選擇之一,德國有機太陽能薄膜公司 Heliatek 便發表了透光度達 40% 的太陽能電池,適用於建築物與車頂,不僅能發電,還能減少眩光。

鍍膜是另一種常見的選擇。美國密西根大學的研究團隊於今年成功研發出一款幾乎不會吸收可見光的塗料,靠吸收紫外線或遠紅外線來發電;缺點是,這種塗料的轉換效率僅有 1% 左右,研究團隊希望能將其提高到 5%。有機太陽能電池也很適合用來研發透明的太陽能電池,美國 New Energy 所研發的 SolarWindow 電池已有初步成果,台灣中央大學新世代太陽能電池研究中心也有類似研究。有機太陽能電池的轉換效率雖較低,但可在低光環境下發電,很適合建築物。

除了透明之外,彩色也很受歡迎。東京大學尖端科學技術研究中心與 Sony 合作,利用儲能型染料敏化太陽能電池開發出會隨充電狀態變色的彩色太陽能玻璃。同時,也有六名台灣的大學生成立太陽能文創公司,在輕薄透光的太陽能板上進行彩繪,使太陽能板擺脫厚重的特性,增添更多創意。這些多采多姿的太陽能電池可與建築物結合得更完美。雖然它們的發電效率仍然偏低,但卻讓 BIPV 的技術前進了一大步,未來的發展指日可待。

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年度綠能新科技彙整

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(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:jigedine via Flickr) 

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