非矽晶太陽能的新市場在何方,研究:可朝水下應用發展

作者 | 發布日期 2020 年 02 月 26 日 18:39 | 分類 太陽能 , 能源科技 follow us in feedly


最近印度科學家為了拓展太陽能板的應用範圍,決定讓光電技術潛入水中,嘗試將非矽晶太陽能板浸泡在純淨水、湖水、海水等各種不同的水體進行研究,希望能幫太陽能開闢新的道路。

太陽能板防水嗎?會不會泡一泡水就壞了,影響發電效率、甚至波及水質?

雖然目前主流太陽能技術為單晶矽、多晶矽等太陽能,但印度坎普爾印度理工學院(IIT Kanpur)與印度皮拉尼海德拉巴德校區博拉理工學院(BITS Pilani Hyderabad Campus)團隊首先選用非晶矽太陽能技術(Amorphous silicon)。

會有如此結果,主要是考量水會吸收並反射光線,波長越長的光越難穿透水,以海水來說,只有少許的深藍光譜可以穿透 100 公尺以下的海洋。而非晶矽太陽能的矽原子堆積方式是紊亂的,沒有一定的規則性以及週期性排列,通常這類太陽能板的光吸收性更高,是一般矽晶太陽能的 500 倍以上。

可吸收更多光的非晶矽太陽能就是好選擇,非晶矽太陽能可捕獲 380-780nm 的光,且非晶矽太陽能製程不複雜,具有價格便宜、生產速度快優點,研究人員認為,由於具備這些優勢,非晶矽太陽能為水下應用的理想選項,且水下溫度較低,太陽能發電效益也更好。

先前也有研究指出,若將單晶矽和多晶矽太陽能電池放在水深 1 公尺處,轉換效率就會下降 20%,而非晶矽太陽能縱使在水深 1.5 公尺處,降幅也不大,團隊認為,剩下的轉換效率足以供電水下電子設備。

(Source:皮拉尼海德拉巴德校區博拉理工學院)

科學家把非晶矽太陽能板分別浸泡在純淨水(去離子水)、湖水、海水和人造海水(ASW)水深 2 公尺處,再用太陽光模擬器照射測試,根據團隊發表在《Energy Research》的研究,最終發現放置在純水的非晶矽太陽能板表現最好最佳功率輸出為 0.0367 W,海水和人工海水則分別是 0.0337 W 和 0.0320W,湖水則是因為細菌、藻類與其他雜質的關係,太陽能表現大打折扣。

該團隊在挑選太陽能板時,也不是毫無考量,實驗選用 Panasonic 的非晶矽太陽能電池,其中電池附塗聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS),該化合物無毒也不易燃,具有出色光學性能與疏水性,聲稱可提高電池發電量 2.79%。

團隊認為,太陽能發電量確實會因為水質、深度而大不如前,但是發電量足以為水下監控感測器、設備,以及各種商業與國防應用供電。

不過隨著技術進步,如今太陽能板的應用範圍已愈來愈廣,裝設地點已經不單單只有地面型、屋頂型了,像是水面型太陽能近年也備受看好,不少廠商也有推出搭配太陽能板的產品,諸如太陽能手錶,為了這些特殊應用與考量可能面臨的風險,太陽能廠商在開發新產品、登上販售架前,也有經過層層確認。

像是台灣的元晶太陽能考量水面型太陽能應用,也有在工研院量測中心協助下,將太陽能板進泡在 5% 濃度鹽水,進行長達 7 天的研究測試,發電效率仍可維持在 99.56% 以上。

(首圖來源:pixabay