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太陽能等再生能源的技術仍在進展當中。(照片來源:jigedine via Flickr) |
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,臺灣已有旭泓、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 工藝僅需增添部分設備,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 技術是以硅化鎳(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 工藝的單晶電池效率可提升約 1%,于系統發電端而言,可大幅提升發電表現并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。
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 電池組成雙面電池后的轉換效率可上看 22%,比 PERC 工藝下的 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,制作 N-type 電池所需之設備、技術復雜,從外延片階段的成本就 比P-type 更高,也因此使 N-type 電池的成本仍遠高于市場均價。SunPower、Panasonic 等廠商為 N-Type 電池的龍頭,臺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) |
目前,常見的太陽能電池轉換效率上限分別是:單晶硅太陽能電池 25%,多晶硅電池 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%,多晶則介于 17.4~17.6%,超過 17.8% 即屬于高效產品。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 工藝與 N-Type 電池外,今年最具代表性的研究成果如下:
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一棟位于巴黎的建筑物,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筑結合,也就是“建筑整合太陽能”(Building-integrated photovoltaics:BIPV)。為了解決晶硅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,適用于建筑物與車頂,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于今年成功研發出一款幾乎不會吸收可見光的涂料,靠吸收紫外線或遠紅外線來發電;缺點是,這種涂料的轉換效率僅有 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,臺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,很適合建筑物。
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密西根大學研究團隊所研發的透明太陽能電池。(照片來源:Michigan State University) |
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,也有六名臺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筑物結合得更完美。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。
今年,再生能源相關領域有許多有趣的新科技問世,有些天馬行空、有些勢在必行。來看看還有哪些引人注目的技術吧!
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空中風力發電機 BAT (照片來源:Altaeros Energies) |
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