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豔陽源源 供電不絕
綠電節能,種電減碳,已是全球趨勢,加速開發綠電能源,來取代化石燃料,才能減緩環境破壞。如何提高太陽能板的光電轉換率,研發更尖端有發電效益的半導體材料,並將太陽能發電板的安裝設置做有效的優化,可說是台灣目前所面對的最大挑戰之一。
 
 

綠電節能,種電減碳,已是全球趨勢,加速開發綠電能源,來取代化石燃料,才能減緩環境破壞。目前全台灣有將近20處地點,日輻射量足夠,年均日照率超過百分之50,每瓩(太陽能板)的年平均發電量可高達1,000度電以上,在屏東縣恆春年日照時數累積更超過2,400小時,年平均發電量每瓩更可達1,400度電以上。台灣希望走向非核家園,未來可利用綠電來替補核電停運產生的缺口,所以除了因政策重新規劃而有利於綠能產業的發展外,如何提高太陽能板的光電轉換率,研發更尖端有發電效益的半導體材料,並將太陽能發電板的安裝設置做有效的優化,可說是台灣目前所面對的最大挑戰之一。

 

太陽能板的製作,是採用地表含量第二豐富的元素–矽來製作,從最原始的石英砂還原成多晶矽塊,再結晶成太陽能等級之矽晶,經過切割、蝕刻與半導體加工,摻雜入磷材料源來增強表面導電力,最後在矽晶片上刻畫出單元電池,將單元排列組成串連後,進而成為太陽電池模組與陣列,當太陽光照射在太陽能板上時,單元電池中的N型半導體與P型半導體,吸收光子的能量,自N型半導體表面溢出自由電子,從P型半導體流出電洞,也就是光生伏打效應(Photovoltaics),形成正負兩極,進而產生電場、電壓與直流電,再經過電流轉換器成為交流電,進入電廠儲存或應用。太陽能板在我們的生活當中無所不在,它可以單獨提供電源,目前大量應用於公共休憩場域與災害儲電利用。目前市面上太陽能光電板分為單晶矽、多晶矽、非晶矽、薄膜式(如銅銦鎵硒)。單晶矽,排列規則,單一顏色,光電轉換率較好,19 ~ 21%,但是成本較高;多晶矽,排列不規則,顏色深淺不一,光電轉換率略低於單晶矽,17 ~ 19%,非晶矽與薄膜式太陽能板轉換效率皆比單、多晶矽系列差,但是較為便宜;目前光電轉換效率最高的是堆疊在鍺基板上的砷化鎵系列積層電池(Tandem Cell),做成光電板模組,效率可大於35%以上,但由於鎵與鍺的價格均高,因此主要用於地面聚光型與太空衛星站,非民生綠電首選。

 

我國現階段的太陽光電發展目標,在2018年7月,太陽能的裝置容量要從以往的0.9 GW(1 GW = 10億瓦),增加至1.52 GW,更要於2020年,總量增為6.5 GW,2025年提升至20 GW,以達到全國總發電量的百分之20。為了因應此策略,各界專家學者無不絞盡腦汁研發出更多輕便、成本低廉、效益達標的新型高效率太陽光電能源板與電池,例如,日本Sanyo公司所開發的異質接面太陽電池,美國SunPower公司所製作的背接觸式太陽電池,以及重新受到業界重視的選擇性射極(Selective Emitter)太陽電池,在未來皆備受期待。

 

另外,以往太陽能板主要建置通常集中在台灣中南部,日照充足的廣大農地,進行農電共生的策略,而這些太陽能板通常建設數量以百片為單位,可讓節能綠電能更深入民間生活。而新型態的映像化薄膜太陽電池,可大量生產,運用在建築大樓玻璃帷幕、廣告帷幕、裁切後使用在行動電源等等3C產品上,節能發電也兼具美觀效能。

 
太陽能源不僅可應用在發電廠、工廠、學校、養殖場與農場等,亦有機會促成一般住宅自主發電的夢想,隨著科技的進展與政府的支持,將民眾擁電的被動性化為主動,自己種電、採電、擁電、賣電,建立分散式自發自用乾淨能源,改善空氣污染與降低PM2.5,早日實現能源安全、綠色經濟及環境永續之願景。
 
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監製:科技部
策展:國立中興大學材料科學與工程系  武東星教授
視覺設計:東臺傳播股份有限公司
 
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國立中興大學材料科學與工程系  武東星教授
 
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