太阳能科技放眼未来 ── 2014 回顾系列:绿能新技术回顾

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太阳能科技放眼未来 ── 2014 回顾系列:绿能新技术回顾

能源技术的成就反映了产业的进步程度。在太阳能方面,今年最受瞩目的是高效产品正式进军市场,例如 PERC 製程与 N-Type 电池。彩色甚至透明的电池让太阳能建筑一体化的发展更进一步。风能、电动车与储能系统等方面也有许多进展,新能源正往下一个世代迈进。

太阳能电池进入效率新世代

一、PERC 製程导入

发电效率是太阳能科技的改良重点。今年,可提升 P-type 单晶电池转换效率的射极钝化及背电极(Passivated Emitter and Rear Cell, PERC)技术正式进入市场,台湾已有旭泓、昱晶、新日光稳定量产,其他国家则有中国大厂晶澳以及德商 SolarWorld 等公司。导入 PERC 製程仅需增添部分设备,比起其他新一代技术而言,不须增加太多成本即可明显提升电池的效率,因而大受欢迎,具优秀的商业化潜能。

PERC 技术是以硅化镍(SiNx)或 Al2O3(氧化铝)在电池背面形成钝化层的背反射器,藉着增加光波吸收来提升电池的光电转换效率。导入 PERC 製程的单晶电池效率可提升约 1%,于系统发电端而言,可大幅提升发电表现并降低每瓦的发电成本。然而,光衰(Light Inuced Degradation, LID)问题会影响发电效益,N-Type 电池因而成为另一个注目焦点。

二、N-Type 单晶电池

与 P-Type 单晶电池相比,N-Type 电池几乎没有光衰问题,可维持稳定的发电效率。同时,N-Type 电池组成双面电池后的转换效率可上看 22%,比 PERC 製程下的 P-Type 电池两年内预期达成的目标(21%)还高,因此成为单晶高效电池的另一个发展方向。

然而,製作 N-type 电池所需之设备、技术複杂,从晶圆阶段的成本就 比P-type 更高,也因此使 N-type 电池的成本仍远高于市场均价。SunPower、Panasonic 等厂商为 N-Type 电池的龙头,台湾有新日光与英稳达在今年展出双面的 N-type 电池。在产品的市场价格仍低迷的状况下,N-Type 电池虽开启了电池效率的新世代,但距离商业化仍有距离。

太阳能科技放眼未来 ── 2014 回顾系列:绿能新技术回顾

单晶太阳能电池的效率提升是目前最重要的科技发展方向。(照片来源:Oregon Department of Transportation via Flickr)

三、其他高效电池技术

目前,常见的太阳能电池转换效率上限分别是:单晶硅太阳能电池 25%,多晶硅电池 20.4%,CIGS 薄膜电池 19.8%、CdTe 薄膜电池19.6%;从成品来看,单晶电池的效率约为 19.4%,多晶则介于 17.4~17.6%,超过 17.8% 即属于高效产品。提升电池效率是许多厂商努力的目标,也有研究的目标是突破这些上限。除了 PERC 製程与 N-Type 电池外,今年最具代表性的研究成果如下:

充满个性的太阳能电池:BIPV 应用太阳能科技放眼未来 ── 2014 回顾系列:绿能新技术回顾

一栋位于巴黎的建筑物,立面由太阳能板所组成。(照片来源:La Citta Vita via Flickr)

不少人尝试将太阳能与建筑结合,也就是「建筑整合太阳能」(Building-integrated photovoltaics:BIPV)。为了解决晶硅太阳能电池在遮光与色彩方面的限制,其他材料和技术都被纳入研发。举例来说,薄膜电池因透明度较高而被视为太阳能窗户的选择之一,德国有机太阳能薄膜公司 Heliatek 便发表了透光度达 40% 的太阳能电池,适用于建筑物与车顶,不仅能发电,还能减少眩光。

镀膜是另一种常见的选择。美国密西根大学的研究团队于今年成功研发出一款几乎不会吸收可见光的涂料,靠吸收紫外线或远红外线来发电;缺点是,这种涂料的转换效率仅有 1% 左右,研究团队希望能将其提高到 5%。有机太阳能电池也很适合用来研发透明的太阳能电池,美国 New Energy 所研发的 SolarWindow 电池已有初步成果,台湾中央大学新世代太阳能电池研究中心也有类似研究。有机太阳能电池的转换效率虽较低,但可在低光环境下发电,很适合建筑物。

除了透明之外,彩色也很受欢迎。东京大学尖端科学技术研究中心与 Sony 合作,利用储能型染料敏化太阳能电池开发出会随充电状态变色的彩色太阳能玻璃。同时,也有六名台湾的大学生成立太阳能文创公司,在轻薄透光的太阳能板上进行彩绘,使太阳能板摆脱厚重的特性,增添更多创意。这些多采多姿的太阳能电池可与建筑物结合得更完美。虽然它们的发电效率仍然偏低,但却让 BIPV 的技术前进了一大步,未来的发展指日可待。

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