工業材料雜誌九月推出「太陽光電」與「先進構裝材料」技術專題

 

刊登日期:2014/9/10
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「太陽光電」技術專題
由於能源短缺、溫室效應等環保問題日益嚴重,在進入二十一世紀的前後,世界各國對於再生能源的開發和利用,都比以往更積極規劃,尤其是在太陽能發電方面。根據歐盟統計,2013年全球太陽光電系統裝置容量至少達 38.4 GW,累積容量近140GW。市調公司預估,2014年更上看 45 GW,2015與 2016年將攀升至 50~60 GW,市場也從以往的歐洲開始擴散至其他國家。工業材料雜誌九月號特別企劃「太陽光電」技術專題,介紹主流的矽晶太陽電池及具前瞻性的鈣鈦礦太陽電池之最新發展,同時擴及至軟性 CIGS電池之關鍵技術。除此之外,並深入探討模組缺陷及檢測技術,提供讀者對於太陽光電技術全面性且深入淺出的介紹與說明!

矽晶片太陽電池發展至今已有四、五十年的歷史,但直到 1990年代,隨著個人住宅用及公共設施裝設的逐漸普及,才開始有顯著的產量進展,亦是目前發展及市占的主流。「矽晶太陽電池最新發展趨勢」一文,首先透過太陽光電國際技術(ITRPV) 於 2014年 3月所公布的最新太陽光電技術發展路徑報告,介紹矽晶太陽電池的最新發展趨勢,列舉目前市場上的主流技術及產品進行說明,包含鈍化射極和背面太陽電池(PERC)、背接觸電極太陽電池、異質介面太陽電池(HIT),並提出工研院所發展的 PSG矽晶太陽電池技術成果。麻雀雖小五臟俱全,全面剖析矽晶太陽電池!

超過 20%的高效率潛力是 CIGS太陽電池技術備受研發單位與產業界關注的原因,而大面積化又是薄膜型太陽電池的製程優勢。然而,若沒有電池串接,大面積化將形成極高電壓。因此,電池串接對於模組製程相當重要,不僅可提升工作電壓以進行後續儲電的能量轉換,而且能降低工作電流,避免高電流所產生的系統損傷。「可撓式 CIGS太陽電池模組串接技術」一文針對 SoloPower、OdersunAG、Solarion AG、Global Solar、Nanosolar、MiaSolé 等 6家廠商之產品,歸納可撓式 CIGS太陽電池模組的電池串接技術與專利上的差異,並介紹工研院所發展之可在單側完成的嶄新電池串接方法,是掌握關鍵技術不可錯過的好文章!

太陽電池由於需長期置於戶外,使用壽命及品質保證是為重要課題。除了轉換效率的提升精進,缺陷形成原因及檢測技術亦為發展重點。「太陽光電模組關鍵缺陷研究與非破壞性檢測」一文彙整了 PID、蝸牛紋與電池破片、熱斑等模組端關鍵缺陷。針對電致發光(EL)影像檢測應用於 PID測試後的單電池模組,介紹可定量估算其串並聯電阻、逆向飽和電流密度等電性參數二維數值分布的方法。並利用 EL 檢測能定性分析電池破片形式與 pn 接面崩潰區域。此外,紅外光波段影像檢測的發展,亦有助於確認模組效率降低的缺陷和原因,實現快速檢測、降低生產成本,提高太陽光電模組品質及產品競爭力。

鈣鈦礦材料係於 2009年首次被應用在無機敏化太陽能電池中,其轉換效率從起初的 3.8%,至 2014年提升到 17%以上,進步相當迅速,且具備成本優勢,是近期相當熱門的新型太陽電池。「鈣鈦礦太陽能電池之發展近況與未來展望」一文首先針對鈣鈦礦材料、鈣鈦礦太陽能電池作一介紹,細述最新研究進展與未來展望,以及鈣鈦礦太陽能電池之優勢與製作方法,透過此文,讀者可以充分認識這項被寄予厚望的潛力股!

「先進構裝材料」技術專題
根據 2013年 IEK的統計,國產構裝材料的供應僅占 14%,自給能力尚待提升。在關鍵材料的生產內容方面,除了導線架之外,還包括 IC載板、固態模封材料以及錫球等。台灣IC載板的產值雖占全球35%,但生產高階規格所需之上游原材料則至今仍須仰賴進口。在半導體產業邁入先進 2.5D/3D IC 構裝新時代之際,高密度 2.5D/3D 構裝用之 IC 載板與晶圓級構裝規格需要更加嚴謹。傳統的模封材料、載板材料,甚至封裝製程參數皆需重新設計,提供國內材料商切入先期供應鏈的空間。

工業材料雜誌九月號特別企劃「先進構裝材料」技術專題,針對目前整體半導體產業相關材料市場的發展、構裝所需的感光性高分子及載板技術的發展等加以說明,同時也針對不同材料之間應力的模擬技術加以介紹。盼能透過此專題的討論,提供國內材料商在技術發展上的參考!

在邁入4G高速、高寬頻的服務潮流下,正式開啟大規模雲端服務世代,位在雲端服務的 Data Center 要求持續性高效能、節能、低成本。在中、高階伺服器、網通設備及繪圖應用,則強調大容量及快速的處理能力。因此,FPGA 及 CPU/GPU 和下世代記憶體等晶片皆朝向採用 2.5D IC中介層的水平整合方式,以滿足其構裝需求。而位在終端的產品型態與規格,例如智慧手持裝置,其發展趨勢主要強調輕薄、短小、多功能、省電、廉價、反應快速、外型美觀且具 4C匯流功能,因此,綜合雲端與終端的需求可了解應用處理器和下世代記憶體之間的許多構裝結構必須採用3D IC垂直堆疊,才能滿足終端高頻寬、低功能耗損等的需求。「從未來終端產品的需求探討泛 3D IC構裝為我國材料產業帶出之商機」一文從未來無線終端電子產品應用趨勢及未來全球手機用晶片構裝技術,逐層推導出泛 3D IC(2.5D/3D)的製程發展與趨勢。並從下世代半導體構裝演化方向與面臨的議題中,解析出泛 3D IC 製程技術與所需材料,指出台灣半導體構裝材料產業的優勢與未來機會。

耐高溫聚合物由於具有高玻璃轉化溫度、高耐化學性、相對低介電常數和良好的機械性能等特性,符合電子元件生產製程上之要求。因此可承受高溫製程的高性能高分子,如 Polyimide(PI)、Polybenzoxazole(PBO)、Benzocyclobutene(BCB)等在晶片或晶圓級封裝材上的運用有相當的優勢,若賦予其感光性,使其可以藉由微影製程得到所需的線路圖形,不僅可以縮短製程工序,更可以提升良率與可靠性,因此,感光高分子材料在先進封裝製程佔有極重要的戰略位置。「感光性高分子在先進構裝之應用與發展趨勢」一文針對泛用的機能性感光高分子材料特性及其應用於先進封裝作一概括介紹,細述滿足市場需求的下世代封裝技術,以供我國材料商掌握進入的先機!

隨著電子資訊產品往輕、薄、短、小、多功、省電、價廉、快速、美觀、高功能、高密度、3D結構、高可靠性及高速度化的潮流發展趨勢,薄型化 3D-IC 模組構裝技術與高密度連接技術,是目前半導體構裝製程非常重要的環節。其中增層材料為高密度連接技術開發的重點。從相關資訊可以發現,高密度構裝用增層材料係藉由在樹脂系統中添加大量無機粉體,達到降低材料熱膨脹係數與增加剛性模數的效果,避免因薄型化產生翹曲的現象。「高密度連接構裝用增層材料」一文將針對目前國際上所使用之高密度連接技術及其增層材料做一介紹與說明,並列舉Ajinomoto與積水化學之產品進行實例分析,做為開發新材料時的參考。

電子元件構裝過程中,由於晶片、模封樹脂、基板等各組成材料的熱膨脹係數與彈性模數的差異,以及樹脂反應所造成的體積收縮,導致構裝過程或構裝後的翹曲,甚至影響後續的加工。因為作為構裝主體的晶片熱膨脹係數極低,僅約 2.8×10-6 /˚C,為降低翹曲,各材料供應商無不竭盡所能,降低其產品之熱膨脹係數,以與晶片的材料性質匹配。「電子構裝模擬與優化」一文說明以有限元模擬分析電子構裝過程中因熱膨脹係數差異以及樹脂材料反應收縮所造成的熱翹曲,作為材料篩選的依據。並介紹優化方法,提供材料商在客製化上的助力。

預封包互聯系統(MIS)為一項新的先進封裝基板技術,將電子封裝中的低成本包封工藝與高密度基板製作技術相結合,在引線框技術上導入高密度互聯佈線設計,大幅提高引線框的互聯能力和封裝設計的靈活性,兼具引線框與基板兩者的優勢。「先進 MIS基板技術及封裝應用」一文邀請業界專家,針對 MIS技術特點、優異的性能、在各類封裝中的應用以及主要工藝流程等進行介紹,以便大家深入認識這項可滿足當今電子產品高/多功能、輕薄化、輕巧化之需求,並具廣闊應用市場與發展前景之技術。

主題專欄
除了上述兩大技術專題之外,其他精采內容尚包括:針對韓國業者的競爭力與策略動向進行解析的「從 Samsung Galaxy Round與LG G Flex探索 Flexible AMOLED 技術成長的契機」,可做為有意投入 Flexible AMOLED 的台灣廠商參考。針對近期 LED產業發展及市場應用趨勢進行重點闡述和分析的「LED產業朝價值創新之路前進」一文,提供在提升獲利上碰到瓶頸的廠商一盞明燈。台灣擁有半導體製造與應用完整體系,但獨缺關鍵感光樹脂材料開發,IC材料規格更是影響終端產品規格的重要關鍵,「低溫環化聚亞醯胺材料發展與應用」一文針對感光性聚醯亞胺樹脂的合成技術、配方研製及曝光顯影製程技術介紹,做為開發光敏樹脂技術時的指引。離子液體(ILs)因分子結構的不同而產生千變萬化的性質,唯有透過持續不斷的努力研發,方可使其在各種特定的應用領域發揮優越性質,「離子液體在能源領域之應用」一文針對離子液體在能源領域的應用,列舉電化學相關技術,如電池、超級電容、燃料電池、水裂解產氫、染料敏化太陽能電池,以及在非電化學領域如熱能貯存和生質能源等方面之應用,深入認識這項極具發展潛力的材料。聚碳酸酯是少數可取代玻璃的工程塑料,具透明度佳、高韌性及易加工等特性,故應用領域廣泛,但需搭配紫外光吸收劑以防劣化,「高耐久性聚碳酸酯板材使用之紫外光吸收劑」一文提出適用於各世代聚碳酸酯板材之解決方案,做為選擇紫外光吸收劑時的建議;根據 ITRPV所發表的報告指出,PERC結構太陽電池將逐漸取代目前主流之 BSF全背電極電池,而 HIT 及 Rear Contact Cell 將快速發展,其中n型晶片將是高效率電池結構發展之關鍵,「高效率太陽電池關鍵材料」分別針對p型及n型電池所使用之漿料進行詳細介紹,並佐以分析比較,以供電池參數設計時之參考。最後,本期材料愛說笑以「材料小常識大問題」為題,結合工安時事,說明工業上常用材料之特性及可能帶來的風險,期建立防範未然的觀念。

凡對以上內容有興趣的讀者,歡迎參閱 2014年 9月號『工業材料雜誌』,並歡迎長期訂閱或加入材料世界網會員,以獲得最快、最及時的資訊!服務專線:03-5918205葉小姐、03-5915351張小姐、03-5915439 林小姐

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