擴散式太陽能窗～一種簡單易製作高可靠度的可透視太陽能模組：材料世界網

自從1954年貝爾實驗室開發出光電轉換效率4.5%的矽晶太陽電池以來，歷經五十餘年的發展，矽晶太陽電池的光電轉換效率已達20%以上，且有其他化合物類之III-V 族的高效率太陽電池與多種薄膜式太陽電池發展，如矽薄膜、CIGS、CdTe及染料敏化等。近年的技術發展中，除了持續提升光電轉換效率與降低製作成本之外，與建築物的結合(Building-integrated photovoltaic; BIPV)更是目前發展的重點。本技術之擴散式太陽能窗便是基於BIPV發展過程中，在窗戶應用上的創新產品。

另外，可透視染料敏化太陽電池的發展，除強調其色彩可藉由改變不同吸光染料而具有多樣性的選擇外，更強調其最新發展的非可見光吸光染料可提供BIPV來使用，目前中小尺寸的效率可達5%以上。

從能量的觀點來進一步討論應用在BIPV的太陽能發電窗，在相同面積的前提下（亦即固定的能量），越高的透光度，代表被使用來發電的光能比例越低，因此發電量也會越低（圖一），然而窗戶的基本功能為採光與視野，若為了追求最高的發電效率，也同時表示將更多的光能轉換成電能，勢必造成建築物的採光與視野受到極大的侷限，因此可使用於BIPV 的太陽能發電窗必須在效能與透光度上取得一個平衡。

圖一、發電窗效能與透光度示意圖

結果與討論
本研究所開發的擴散式太陽能窗為利用擴散的方式改變部分光線行進之方向（圖二），另外部分光線行進過程中，因為未經過散射粒子，因此得以保留窗外之景物。與2008年發表於Science的可透視螢光型太陽能模組，利用螢光材料之吸收(Absortion)短波長光線與放射(Emission)長波長光線之性質來改變光線行進之方向有異曲同工之妙。而擴散式太陽能窗更可藉由控制光散射粒子及其分布位置，讓透光率隨不同的應用而有所差異。此外，可按照使用者的需求，安裝穩定性較好的單晶矽或多晶矽太陽電池發電，可進一步採用效率更高的砷化鎵太陽電池(GaAs Solar Cell)來取得最高的電能輸出。

在擴散式太陽能窗研發的初期，我們以自製的散射粒子添加至PMMA中，並製作成15 mm厚度的壓克力板，藉由不同的添加量控制透光度與霧度，並進一步製作成模組，初步得到光電轉換效率隨著霧度的提高而提升（圖三）。考量實用特性，壓克力板並不耐擦拭且易黃變，再加上擴散導光方面的特性亦不佳，因此引入防彈玻璃（玻璃/PC/玻璃）三明治結構，經由實際製作成同霧度的平板，以相同功率強度的綠光雷射線進行擴散傳導試驗，結果顯示在三明治結構（玻璃/ 擴散板/ 玻璃）中，綠光雷射線的橫向傳導距離相對於單層PMMA擴散板來得遠（圖四），再進一步對應霧度與效率關係圖（圖三），可發現三明治結構擴散式太陽能模組的效率優於單層PMMA結構的擴散式太陽能模組。

由表一可知，擴散式太陽能模組使用穩定的金屬氧化物做為散射粒子，結合防彈玻璃的複合膠合玻璃結構，而防彈玻璃的結構經市場長期使用的驗證，在耐用性上不成問題，所以擴散式太陽能窗在模組穩定度與材料穩定度上，較其他技術更具優勢…以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文

圖三、8 cm × 8 cm元件之霧度與效率關係圖