材料世界網電子報---矽薄膜太陽電池製程技術

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  材料世界網第233期電子報  

 

 

 矽薄膜太陽電池製程技術

由於多晶矽(Poly-Si)原料持續缺貨,使得今年矽晶圓(Si Wafer)供不應求,造成矽晶型,包含單晶(c-Si)與多晶,太陽電池的產能無法上升,並導致太陽電池用多晶矽原料大缺,價格持續狂飆,繼2007年底現貨市場每公斤報價上漲至400 美元後,近期再衝上每公斤500 美元大關的天價。最近雖然HSC 和MEMC 等多家生產Poly-Si 的原料商已開始進行擴廠,並預估2008 年第四季能舒緩多晶矽價格漲勢,但沒有人能保證到時Poly-Si 原料是否會再發生缺料的問題。目前看來,上游多晶矽原料產能開出的速度不及太陽能晶片(Cell)廠的產能擴張速度,多晶矽原料的缺料狀況預計還會維持一陣子。

矽薄膜太陽電池使用的基板可以是玻璃、不鏽鋼甚至塑膠基板,這些基板並不會有缺料的問題,而在進行Si 鍍膜所需的製程氣體為SiH4 和H2,由於矽薄膜全部只需1~2 μm ,厚度僅約矽晶圓的1/100 ,製程氣體來源亦不會有缺料問題發生。除此之外,從圖一可知道,矽薄膜太陽電池在能源回收期也占有優勢,所謂能源回收期便是製作一片太陽電池過程中所耗費的電力需此太陽電池發電多久來補回,若能源回收期愈長,等於是拿電力來換電力,並不符合環保及成本的概念。經日本Kaneka 公司統計,若要製作發電量為30MW的mc-Si 太陽電池,其能源回收期為2.2 年,矽薄膜太陽電池卻只要1.6年。Kaneka 也針對非晶矽(a-Si)薄膜、c-Si 及mc-Si 太陽電池全年發電量進行統計後發現,a-Si 薄膜太陽電池全年的發電量比c-Si太陽電池多6%(圖一)。這結果與傳統的認知有所差距。

圖一、不同太陽電池之整年發電量

矽薄膜太陽電池技術瓶頸
太陽電池是靠面積來累積發電量的光電元件,最後再進行玻璃封裝。製作矽薄膜太陽電池共有六道製程,當完成全部製程後,此時Cell 與Cell 間藉著金屬與TCO 薄膜的相連接呈現串聯連接,可直接在玻璃上完成模組化製程,模組製程第一步為在玻璃基板上成長一層透明導電氧化物薄膜(TCO);第二步以雷射將TCO 薄膜剝除;第三步則以PECVD 方法於TCO 上進行Si 薄膜的連續鍍膜;第四步為以Laser 進行Si 薄膜剝除;第五步則在Si 薄膜上以PVD 方法進行金屬鍍膜;第六步則為以Laser 進行金屬薄膜剝除;最後再進行玻璃封裝就可完成一太陽電池模組。另外,美國United Solar 則是在不鏽鋼基板上進行可撓式矽薄膜太陽電池的製作 ---
《本文節錄自「工業材料雜誌258期」,更多資料請點選more瀏覽》

 

 

 螢光粉特性探討

無機螢光材料在許多光電領域上,其應用技術可謂已經相當成熟,然自白光LED 等新型應用的開發以來,螢光材料又再受到高度的重視。螢光材料根據激發方式的不同,一般可分為光致發光(PL)、電激發光(EL)、陰極射線發光(CL)等不同類別,其中又以光致發光的應用最為多元,而目前應用於LED 者也是此類的材料,一般稱為光致發光螢光材料(PL Phosphor),其亦即是所謂的光轉換材料。無機螢光材料是由主體材料活化劑/ 發光中心及其他摻雜物等所組成。如前所述,單晶片型白光LED 必須應用螢光材料始能獲得照明所需的白光,而螢光材料攸關單晶片白光LED 的發光效率、安定性、演色性、色溫、使用壽命等項特性,可謂是單晶片白光LED 系統中當重要的關鍵材料。至於LED 用螢光粉的特性需求包含:1.高能量轉換效率;2.適當的激發光譜;3.適當的放射光譜;4.高安定性等重要項目。

1. 能量轉換效率(Energy-conversionEfficiency)
文獻資料曾針對應用螢光粉製作之LED 的各項重要能量效率,進行完整的分析及探討,如圖一所示。嚴格而言,螢光材料在Phosphor-converted LED 的應用當中,是必須同時考慮史托克轉換效率、量子效率與光散射轉換效率等諸項重要因素。

圖一、應用螢光粉製作之LED 的能量效率說明圖

史托克轉換效率乃是因螢光材料於光轉換的運作當中,通常是遵循一對一的光子轉換程序,而由高能量的短波長光子轉變成低能量的長波長光子會導致產生史托克能量損失,此項光轉換之本質能量損失後所呈現的能量轉換效率,即是所謂的史托克轉換效率。倘若以365nm 、400nm 與460nm 的LED 個別激發可放射555nm 波長的綠光螢光粉而言,該史托克轉換效率分別約為65.8% 、72.1% 與82.9% ,是故在應用螢光粉製作之LED 的系統設計當中,螢光材料的激發與發光的波長差距不宜太大,否則會---《本文節錄自「工業材料雜誌258期」,更多資料請點選 more瀏覽》
 

 
 
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