張評款、劉漢章、黃朝揚、林福銘 / 工研院綠能所
隨著全球暖化與環保意識提升，再生能源的應用與發展逐漸成為能源議題的主流。其中，太陽能作為再生能源重要角色之一，太陽光電產業鏈包括上游的原材料生產、中游的太陽電池與模組封裝，以及下游的零組件與系統工程。在本文中，我們將聚焦於可撓式太陽光電技術，包括晶矽太陽能電池、化合物太陽能電池以及有機太陽能電池，因其可撓曲和輕便性，適用於各種形狀和材質的表面，其技術與運用情境，將為未來再生能源應用帶來突破。
【內文精選】
可撓太陽光電模組技術介紹
可撓光電模組可分為矽晶材料、化合物材料與有機材料。而有機材料太陽能電池又稱為新世代太陽能電池(Emerging Photovoltaics or New-generation Solar Cells)，包含的項目眾多，如：染料敏化(Dye-sensitized)、鈣鈦礦(Perovskite)與有機薄膜(Organic Thin-Film)等。
對比以往太陽能技術如矽基、砷化鎵、碲化鎘等，新世代太陽能電池具以下六項差異：①發展歷程較短，鈣鈦礦電池等研究發展時程至今僅10年。②主要吸光層材料厚度可薄至數十奈米到數十微米之間，利於節省材料。③材料的可調變性高，用以塗佈各層薄膜之溶液濃度、薄膜厚度與組合方式等細節，皆能輕易調整；絕大多數材料可以回收再用，兼具節省成本與環保之優點。④元件具可撓曲(Flexible)性。有別於傳統矽晶，為了保護電池元件，常選用玻璃或鋁板作為底板；而新世代太陽能電池能將各層材料依序塗佈於可彎曲的基板上，如塑膠、金屬薄片等。⑤新世代太陽能電池以低溫製程為主，而傳統結晶矽基太陽能電池，則需1,400˚C以上之高溫製程。⑥目前經過驗證的最佳效率介於13.0%~29.1%。
可撓光電模組產品與應用
1. 開發高透明有機無機雜化奈米合金材料前板技術及N型TOPCon電池
中來(Jolywood)開發可撓太陽光電模組，具可彎曲、易於搬運與快速安裝等優勢，適合應用於特殊造型的建築場景。其模組使用增強型高透明有機無機雜化奈米合金材料前板和低水氣穿透金屬含氟背板技術，在可靠度方面，模組可承受水氣與耐受高溫，並通過TC200與DH1000之標準。
2. 利用自主研發的高分子聚合物複合材料取代玻璃
太陽能公司SunMan已研發出輕量化可撓式無玻璃太陽光電模組eArc，可裝設在拱形的屋頂、車頂與牆壁外側。eArc太陽光電模組是一款無玻璃的創新產品，在多個國家和地區受專利保護(ZL201610927464.6、ZL201610927383.6與EP3534410)。它採用了高效晶矽太陽能電池技術和自主研發的高分子聚合物複合材料，實現了無玻璃、輕量化、薄片化的新型矽晶太陽電池元件。
4. 鈣鈦礦太陽能電池
鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite Solar Cell; PSC)是一種新型的太陽能轉換技術，與傳統矽基太陽能電池相比，其擁有可大面積生產、低成本、製程簡易、輕薄、可撓等多重優勢，使其在太陽能領域備受期待。隆基公司於2024年發表Silicon-Perovskite TandemSolar Cell，轉換效率高達34.6%，再次展示了晶矽–鈣鈦礦堆疊電池作為一種新型電池技術的顯著效率優勢。然而，電池的耐久性、產品壽命和轉換效率穩定性，則是能否順利進入產業應用最大的關鍵及考驗。日本「下一代太陽能電池開發」計畫著重於提升這些電池的效率、耐用性和量產技術。值得關注的是，日本已啟動鈣鈦礦太陽能電池的大規模導入計畫，特別是在「內幸町一丁目街區南地區第一種市街地再開發事業」中的應用，該計畫預計將薄膜型鈣鈦礦太陽能電池引入高層建築的牆壁上，如圖六所示，這是全球首個規模超過1 MW的鈣鈦礦太陽能電池應用項目，標誌著日本在綠色能源轉型方面邁出重要一步。
圖六、1 MW鈣鈦礦太陽能電池應用於建築牆壁之項目
5. 染料敏化太陽電池
染料敏化太陽電池(Dye Sensitized Solar Cell; DSSC)製程簡單、成本低且不受日照角度的影響，加上吸收光線時間長，在相同時間的發電量甚至優於矽晶太陽能電池。染敏電池主要應用於室內弱光、半戶外，在室內弱光的條件之下，染敏電池的光電轉換效率可以高達30%。染敏電池結構可分為三種模組型式(如圖八)：玻璃基板型(Glass-Glass)、薄型電池(Glass-Ti Foil)與可撓式電池(Plastic-Ti Foil)。塑膠基板染敏電池具輕薄、可撓與低照度發電等特性，未來將應用於消費性電子產品、穿戴式裝置、室內各項電子產品及居住建築等方面 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖八、染敏電池模組的三種型式
★本文節錄自《工業材料雜誌》453期，更多資料請見下方附檔。