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許多人認為太陽能電板在製造上已經碰到物理瓶頸,無法再動輒砍半,然而即使電板本身的單位面積製造成本不易再大幅下降,不代表太陽能電池發電成本不能下降,因為太陽能發電成本以瓦計算,而非以單位面積計畫,也就是說,即使單位面積成本相同,只要提升每單位面積的光電能源轉換效率,發的電增加,相對成本就下降。

若假設太陽能電池模組轉換效率為15%,增加1%的轉換效率,成本就能降低6.25%。

因此,各大廠無不積極提升轉換效率,如碲化鎘太陽能電池龍頭,美國第一太陽能(First Solar),於4月打破了自己所保持的碲化鎘太陽能電池模組轉換效率記錄,原本為14.4%,躍升到16.1%。

第一太陽能更樂觀調高其生產線實際量產產品的轉換效率目標,2015年由15%調高到16.2%,2016年由16.2%調高到16.9%,2017年由16.4%調高到17.1%。

2012年第4季,第一太陽能的產品的轉換效率約為13%上下,若提升到17.1%,相當於光是轉換效率提升的部份,就可讓成本降低約24%,因此第一太陽能大膽定下目標,至2013年第一季,其最佳產品每瓦製造成本為每瓦64美分,預定到2017年,成本會降到每瓦40美分。

從第一太陽能的例子,可以明白轉換效率的提升,讓太陽能發電成本還有很大的降低空間──太陽能發電絕非已經無法再降低成本。

當第一太陽能等廠商1%、2%的提升轉換效率時,許多野心勃勃的新技術,則打算以5%,甚至倍增的目標來提升轉換效率,他們著眼於奈米科技的力量。

當陽光照射太陽能電池時,有一部份的光,根本沒有進入電池,就被表面反射掉了,目前一般太陽能電池的表面反射掉約30%的光能;其次,太陽光有許多波長不同的波段,太陽能電池只能轉換其中一部分為電能,而就算是可轉換的波段,也不是能完全吸收,有部分會穿過太陽能電池打到基底,這些光能最後都成了廢熱,而太陽能電池一旦被晒熱,轉換效率還會更下降。

如果能減少反射、透射的比例,太陽能電池的轉換效率自然能更提昇。

許多新技術藉由奈米表面,希望改善反射性,增加吸收率,其中野心最大的是Bandgap,Bandgap發展的奈米矽表面,有如城市中的高樓大廈一般一棟棟直直聳立,或可說像刷子的刷毛一樣,如此一來,光照到表面時,不會直接反射,而是在「大樓」間互相散射,最後都被吸收。

Bandgap指出,目前一般的抗反射塗料,只能將反射降到5~8%,而Bandgap的奈米結構,則讓光線幾乎無法脫逃,只有小於1%的光反射出去,因此吸收的光能大增。

Bandgap認為其奈米技術理論上可以達到60%的轉換效率,初步目標,則放在38%。

芬蘭的阿爾托大學(Aalto University),也英雄所見略同,提出以奈米表面結構,稱為光滯留奈米天線陣列(Light-Trapping Nanoantenna Arrays),用來把光困在裡頭,以提升吸收率。

阿爾托大學的研究顯示,抗反射塗料雖然可將反射降到7%,但是有46%的光線還是透射喪失了,相對的,透過光滯留奈米天線陣列,雖然有20%的光會反射掉,且奈米陣列本身會吸收掉6%的光,不過透射光減少到8%,因此總體吸收量大增。

德國研究機構Fraunhofer則瞄準紅外光,目前的太陽能電板無法將紅外光轉換為電能,有1/4的光能都因此流失,Fraunhofer提出利用奈米結構增加吸收光譜的辦法,稱之為「黑矽」(Black silicon),研發人員在充滿硫蒸氣的環境中以雷射擊打矽晶表面,創造出無數尖錐狀突起,對紅外光的吸收力提升,總體來說,約可增加1%的轉換效率。

瑞典新創公司Sol Voltaics,則提出直接在太陽能電板表面再加上一層砷化鎵奈米線吸收層的辦法,Sol Voltaics以特有技術大量製造2微米長,直徑100奈米的砷化鎵奈米線,做成可像墨水一般塗布在太陽能電板表面,透過這層額外吸收層,轉換效率可額外提升1/4,也就是說,轉換效率若原本為16%,可提升到20%。

目前這些奈米技術都在研發階段,未來量產後,奈米結構還要經得起風吹雨打的考驗,不過無論如何,未來奈米技術一定會在太陽能的發展上佔一席之地。

除了奈米技術,許多新的材料科技也都可望大為提升太陽能電池發電的轉換效率,如石墨烯(Graphene)就被視為是一個有潛力的新興材料,理論上最高轉換率可達60%。太陽能電池的轉換率提升,並非如許多人認為的已到瓶頸,而是百花齊放才剛要開始。

(待續)

 

 

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發表留言
  • TaiKer
  • 很抱歉 我不這麼認為~
    會強力發展太陽能最主要的理由只是因為太陽是免費能源而已

    但實際上目前為止照w/$$來看
    製造太陽能轉成電能所需要的錢遠遠大於目前其他任何方式
    一般民家也根本不可能買
    (現在你有看到那種太陽能電熱水器都是政府有補助才可能購買 不然原價根本貴翻天)

    至於奈米科技.... 恩.... 說的比較簡單 離真正量產 以及真正能被一般世人所使用 (說穿了就是$$的問題) 根本沒有個十年二十年是不可能達到的

    要能夠一飛衝天 還是要看看用什麼新材料 現在主打的都是si 這個材料基本上沒救 大概都在10%+再跑而已 , 至於你說的那種16-17% 可能要看一下$$ 我想一般人是不可能去購買的 , 我們一般在路面上看到的路燈 熱水器那種可能都還沒10%

    說真的除了環保的理由之外 這個科技根本是"現在"的廢物..... 當然可能會成為未來的鑽石啦 不過這個未來還多久 ?

    看看大概約十年前 太陽能公司超夯的 一堆公司都在創立投資,現在呢?
    倒的倒死的死 沒記錯的話 台積電之前也有投資 現在也都撤出了
    用這種指標性公司來看就在明顯不過了!!
  • 台積電在CIGS目前是全球模組轉換率冠軍,15%,今年一月才發的新聞稿,顯然並沒有撤出

    另外文中為何特別提First Solar,因為它做的就是以便宜為主要訴求的薄膜PV,無需跟我爭論,成本它有在財報公開,我都寫在文章裡頭了,不要用五年前的觀點來看現在的PV市場啊...

    普蘭可 於 2013/06/14 16:49 回覆

  • Taky Jam
  • 如果沒有個十年二十年不能成功,
    那就更應該早一點開始研究,
    寧可把錢花在這上面, 至少還有 1%的希望,
    把錢拿去炒作房子, 大家都是死路一條
  • 黃醫師
  • 台灣的用電尖峰量多在夏季,多在因地球暖化造成都市溫度上升!

    所以即使太陽能成本貴!但是補貼在大都市讓太陽能變電能而非熱能,相對減低熱島效應,不也是達成節能省電的效應?
  • 訪客
  • 只懂硬體代工的人,因為沒有想像力,只信看得到摸的到的,他們只要5%毛利+1000億營業額就很高興,對於200%毛利+100億營業額卻看不起。要只懂代工的人去接受研發才是利潤來源是很難的。代工人的研發只認為是資本投入,總認為技術買就有,殊不知:真正好賺的技術人家會留下自己賺,會賣出來的技術是不好賺得。
  • aaa
  • 應該這麼說,在研發這種新興產業的科技上,好錢又好力,弄不好還會血本無歸,但只有賭對了,是賺到翻了又翻

    台灣老闆的個性,叫他們把錢乖乖給加班費都在雞雞歪歪的,要丟錢坑???
  • eagle
  • 多數台灣老闆是短視,但一般多數人又何嘗不是?看別人努力投入研發,會說別人是笨蛋,作白日夢,心態有何不同?
    台灣社會不鼓勵研發,只能停留在代工,只能和中國、越南、印尼搶工作,薪水自然也只能向其看齊。台灣社會如果鼓勵研發,是和歐洲、美國、日本搶工作,薪水也是向之看齊。今日的台灣社會薪水要提高,要往鼓勵研發的方向走才是。不用笑人作白日夢,或自以為很會算。世界變得很快,改變世界的人,和等到世界改變才知道的人,前者還是有較大機會賺多多。