太陽光電技術百家爭鳴，提高轉換效率為一大發展重點

來源：TechNews科技新報 

(TechNews科技新報/Daisy Chuang)近年來太陽光電不管是在裝置量還是技術方面都成長迅速，2018 年新增裝置量已突破 100GW，太陽能轉換效率也在去年不斷提高，不少廠商與研究所都已運用新技術大幅提升太陽能電池性能，盼可讓太陽光電成本效益比更上一層樓。

太陽光電技術千百種，除了市面上最常見的矽晶太陽能，還有薄膜、三五族化合物半導體太陽能與尚未抵達商業化的有機、鈣鈦礦太陽能等，各種技術百家爭鳴，並在 2018 年都已獲得長足的進展，各國科學家紛紛透過添加新元素、打造串疊電池與運用奈米科技來提高光電轉換效率。

其中光電轉換效率是衡量太陽能電池把光轉換為電的能力，目前市面上最普遍的矽晶轉換效率為15-22％，但以大規模商業化的技術而言，預期效率很難超過 25％，能提高 1-2％ 就已經不錯了。

因此各大廠無不積極提升轉換效率，盼自家產品能展現出超乎預期的表現，而德國-哈梅恩太陽能研究所（ISFH）便迎來這項里程碑，該團隊已突破世界紀錄，研發出轉換效率高達 26.1％ 的 P 型多矽晶太陽能，更在去年 11 月聲稱準備好跨出實驗室大門。

日前中國廠商隆基樂葉也將單晶太陽能中的 PERC 技術轉換效率提高到 24.06％，可說是商業尺寸最高紀錄者，同時亦打破業內此前認為的 24％ 效率瓶頸。

而具有低成本、製程簡單與可撓特性的染料敏化等有機太陽能也是一盞能源新星，俄羅斯、法國與哈薩克聯合團隊先前便在有機聚合物中添加氟原子，成功在去年 7 月將有機太陽能的轉換效率從 3.7％ 躍升至 10.2％；染料敏化太陽能則在澳洲團隊的幫助下，轉換效率提高到 8.3％，雖然距離商業化的 15％ 標準還有一大段距離，但進展仍相當快速。

串疊電池技術受矚目

近年來也有科學家為了提高轉換效率，從在太陽能電池中添加新元素直接晉級到添加其他電池，讓兩種材料攜手合作、截長補短。目前除了出現鈣鈦礦 + 矽太陽能的組合，銅銦鎵硒（CIGS）薄膜 + 鈣鈦礦太陽能、矽 + 三五族化合物半導體太陽能等排列組合也紛紛登場，效率表現也十分不俗。

其中鈣鈦礦與矽是最常見的電池串疊組合，光是 2018 年有出現 4 項相關研究，這是因為矽晶太陽能板容易取得，發電性能也相當穩定；鈣鈦礦則進步潛力龐大，該技術轉換效率已在短短 9 年間從 3.8％ 上升到 23.3％，兩者更可分工合作，鈣鈦礦主要將綠光、藍光轉換為電，矽負責紅光、近紅外光。

鈣鈦礦-矽太陽能的轉換效率也穩坐串疊型電池第一名寶座，英國太陽能廠商 Oxford PV 繼去年中旬打造轉換效率高達 27.3％ 的鈣鈦礦-矽晶太陽能之後，又在 12 月突破到 28％，與此同時更順利解決鈣鈦礦耐用性較低的問題，商業化機率非常高。

位居轉換效率第二名的串疊型電池一樣為鈣鈦礦 + 矽太陽能，瑞士科學家去年 6 月打造出效率達 25.2％ 的鈣鈦礦-矽晶太陽能，更樂觀認為很快可以實現 30％ 效率；不過第三名就不是矽與鈣鈦礦的組合了，比利時科學家把鈣鈦礦跟薄膜太陽能中轉換效率最高的 CIGS 太陽能相結合，將轉換效率增加到 24.6％。

奈米技術助力光吸收

奈米為 21 世紀熱門用詞之一，現在許多新技術都藉由奈米科技來提高性能，而太陽能電池也不例外，不少科學家已在電池中加入奈米線、奈米粒子、奈米碳管等，試圖善加利用奈米技術的高表面積來增加吸光效率。

像是香港科學家先前成功在此有所進展，結合高電導奈米材料與半導體二氧化鈦奈米纖維，使太陽能轉換效率增加 40-66％；美國國家標準暨技術研究院（NIST）也研發出低成本奈米級塗層，利用數千個寬度相當於頭髮百分之一的奈米玻璃珠，讓光波可繞著奈米珠粒旋轉，進而提高光吸收與電流 20％。

美國太陽能公司 NovaSolix 則運用奈米碳管跟整流天線（rectifying antenna）製造有別於傳統技術的新型太陽能，將轉換效率躍升至 43％，72 片電池封裝的太陽能板瓦數最高更達 860Wp，且該技術其理論效率更高達 90％，顯然奈米科技是提升轉換效率不可或缺的力量。

目前許多人都認為太陽能轉換效率已觸頂，這是因為傳統的太陽能技術只能吸收特定波長的光，其他只能眼睜睜看著它們消散，這也就是知名的蕭基‧奎伊瑟極限（Shockley-Queisser limit），即使在理想日照與溫度環境，太陽能板最高也只能轉換 33.7％ 太陽光。

但如今科學家已透過奈米技術突破這一限制，雖然這些技術尚在研發階段，製造過程比傳統太陽能難得多，量產後更得面對成本挑戰，但提高轉換效率即可加速成本下滑，最終電價就可跟傳統火力發電一樣低了。

連結：https://technews.tw/2019/02/11/improve-solar-energy-efficiency/