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太陽電池技術發展與應用 - 馬維揚 簡任副研究員

太陽電池技術發展與應用 - 馬維揚 簡任副研究員

太陽電池技術發展與應用 - 馬維揚 簡任副研究員

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December 22, 2020
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  1. 太陽電池技術發展與應用 原子能委員會 核能研究所 馬維揚 Email : pony@iner.gov.tw 109年12月22日(二)

  2. 2 核能研究所簡介 https://www.iner.gov.tw/ 325桃園市龍潭區文化路1000號 圖片來源: https://www.google.com.tw/

  3. 3 圖片來源: https://www.iner.gov.tw/

  4. 4 核能研究所專注於核安與核後端、生醫與醫材、綠能與 系統整合等三大科技領域的研發,即將改制為行政法人 型態之「原子能科技研究院」。 資料來源: https://www.iner.gov.tw/

  5. 5 簡報大綱 一、前言 二、矽晶太陽電池技術及產業現況 三、鈣鈦礦太陽電池技術及發展策略 四、卷對卷軟性有機太陽電池模組技術及應用市場 五、結語與期許

  6. 6 簡報大綱 一、前言 二、矽晶太陽電池技術及產業現況 三、鈣鈦礦太陽電池技術及發展策略 四、卷對卷軟性有機太陽電池模組技術及應用市場 五、結語與期許

  7. 7 資料來源: https://ec.ltn.com.tw/article/breakingnews/2513648 2018/8/8 資料來源: https://technews.tw/2019/12/04/e-ton-solar-2020/ 2019/12/4 沒有最慘,只有更慘? 太陽能產(慘)業?

  8. 8 Sunset or Sunrise 圖片來源: https://www.kamalan-news.com/local/4/6014

  9. 圖片來源:https://www.gartner.com/en/research/methodologies/gartner-hype-cycle 太陽光電產業發展歷程 vs. The Hype Cycle 科技誕生的促動期 過高期望的峰值 泡沫化的底谷期 *穩步爬升的光明期

    實質生產的高原期
  10. 10 “太陽能”是所有能源中潛在含量最豐富之能源 圖片來源: Perez, R. and M. Perez, (2009): A

    fundamental look at energy reserves for the planet. The International Energy Agency SHC Programme Solar Update, Volume 50, pp. 2-3, April 2009. 每年全球能源使用量為 16TW-yr
  11. 11 圖片來源: REN 21 Renewables 2020 Global Status report 太陽光電占比:2017:

    1.9%, 2018: 2.4%, 2019: 2.8%
  12. 12 資料來源:能源轉型白皮書 2017 年至 2019 年,台灣再生能源總發電量則自 123.7 億度成長至 152.5 億度,主要來自太陽光電發電量成長。

    台灣能源轉型目標(2025年電力配比): 燃煤30%、燃氣50%、再生能源20%
  13. 13 資料來源: German Advisory Council on Global Change 2050年之後“太陽能”將成為所有電力來源之首 2050:

    太陽光電:16%, 太陽熱電:11% 現在在這裡 (2020年)
  14. 14 14 簡報大綱 一、前言 二、矽晶太陽電池技術及產業現況 三、鈣鈦礦太陽電池技術及發展策略 四、卷對卷軟性有機太陽電池模組技術及應用市場 五、微型化聚光模組技術及發展策略 六、結語與期許

  15. 15 ➢ 原料(feedstock): 多晶矽(polysilicon),西門子法之純度為 9N(99.9999999%)~11N ➢ 晶片(wafer):多晶片(multicrystalline) 、單晶片 (monocrystalline) 、

    類單晶(mono-like) (9N~11N 多晶矽經由攙雜硼或磷 ,將純度降至6N~7N的P型或N型晶片) 矽晶的區分
  16. 16 單晶(拉晶,crystal pulling) 多晶 (鑄造,casting) ingot silicon wafer cell module

    polysilicon 由多晶矽原料到太陽能模組(太陽能板)之產業鏈 圖片來源: https://www.google.com.tw/ multicrystalline (mc)_ monocrystalline (sc)
  17. 17 歷年矽晶太陽電池與薄膜太陽電池之全球年生產量比率 多晶矽缺料所造成 圖片來源: PHOTOVOLTAICS REPORT, Fraunhofer, 2020

  18. 18 歷年全球薄膜太陽電池之全球年生產量 圖片來源: PHOTOVOLTAICS REPORT, Fraunhofer, 2020 First Solar 獨居鰲頭

    Solar Frontier 經營日本內需市場
  19. 19 1. 粗糙化蝕刻(texturing) 使晶面粗糙化,增加晶片吸光能力 2. 磷擴散(diffusion) 在P-Type晶面上形成一層N-Type 3. 磷玻璃去除 (PSG

    removal) 將磷擴散後產生的副產物去除 P N P 4. 抗反射層沉積 (anti-reflection coating) 在晶片表面形成一層SiNx 抗反射層 5. 網印金屬電極 (screen printing) 正面塗銀膠,背面塗鋁膠 6. 快速燒結(sintering) 使金屬與晶片合金化 P SiN P Al P 矽晶太陽能電池之標準製程 圖片來源: 自行繪製
  20. 20 太陽電池(光電轉換)效率=Voc * Jsc * FF Voc : 決定於復合損失 Jsc

    :決定於光損失 FF:決定於電(包含Rs與Rsh)損失 圖片來源:https://www.pveducation.org/pvcdrom/solar-cell-operation/iv-curve MPPT: Maximum Power Point Tracking MPPT
  21. 21 改善矽晶太陽電池效率的方法 藉由表面織構化(texture) 製程來提高入射光的吸收 藉由降低射層(emitter)之 攙雜濃度來減少覆合損失 (輕攙雜射極用導電漿)或 是選擇性射層(SE) 藉由氧化鋁及氮化矽之鈍化層來降低 載子的表面復合損失

    (PERC , TOPCon) 藉由調整粗線(busbar) 與細線 (finger)之電極分佈來減少遮 光面積 (EWT, MWT, IBC) 銀電極 射極 (emitter) 鋁、銀鋁或銀電極 抗反射層 圖片來源: 自行繪製 *
  22. 22 半導體的表面的懸浮鍵 (dangling bond)將導致極高的 載子復合速率 圖片來源: https://www.pveducation.org/ 圖片來源: doi:10.1155/2007/97370 Liebig‘s

    barrel 應用於矽晶太陽電池 效率提升最大關鍵在於“背面表面鈍化” S back (Back surface passivation) 鈍化(passivation) 為矽晶太陽能電池最關鍵之技術
  23. 23 圖片來源: Energy Procedia 38 ( 2013 ) 108 –

    113 ➢ 標準矽晶太陽電池採BSF做背面表面鈍化,近年來以漸被PERC所取代。 ➢ PERC: Passivated Emitter and Rear Cells (鈍化射極和背面) ➢ PERC主要在藉由鈍化層減少表面復合損失,以提高Voc 。 PERC 太陽電池
  24. 24 圖片來源: 自行繪製 圖片來源: SoLayTec Laser fired contact PERC 太陽電池

    ➢ 背電極採用雷射開孔技術( laser fired contact) ,形成點接觸。 ➢ 點接處數量越多,Rs降低(FF 提升) ,但載子復合速度加大,致Voc降低。 改善方式 ➢ 減少接觸點 ,並只在接觸摻雜, 亦即PERL 矽晶太陽電池。 ➢ 使用兼具鈍化能力與良好導電性接觸的薄膜層,亦即鈍化接觸→TOPCon。
  25. 25 圖片來源: DOI: 10.1002/pip 圖片來源: https://www.nrel.gov/docs/fy19osti/74090.pdf 圖片來源: International Technology Roadmap

    for Photovoltaic (ITRPV) , 11th edition, 2020 Bificial Monofacial PERC 結構非常適合製作雙面太陽能電池 https://www.paradisesolarenergy.com/blog/what-are-bifacial-solar- panels Albedo (反照率)
  26. 26 TOPCon 太陽電池 ➢ TOPCon: Tunnel Oxide Passivated Contact(穿隧氧化層鈍化接觸) ➢

    TOPCon主要是藉由超薄穿隧氧化層與摻雜的多晶矽,避免金屬接觸復合 損失,以提升Voc。 ➢ 大多使用N型單晶片,製備N-TOPCon。 圖片來源: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2019.110258
  27. 27 Standard PERC EWT射極穿透式 (busbar 及finger都在背面) 背電極(BACK SIDE CONTACT)太陽電池: MWT,

    EWT, IBC ➢ 藉由減少受光面之電極遮蔽來提升Jsc (短路電流密度) MWT金屬穿透式 (busbar接到背面) IBC交指式 (除busbar 及finger都在背面 且emitter也作在背面形成指 叉式之P-N junction) 圖片來源: 自行繪製
  28. 28 IBC 太陽電池 ➢ IBC : Interdigitated Back Contact (交趾式背接觸)

    ➢ 金屬正負電極皆位於背面,正面完全無遮光 ➢ 可將正面(受光面)的鈍化效果最佳化 ➢ 正、負電極在同側,焊接較方面 ➢ 需使用高品質N 型單晶片 ➢ 製程太複雜,成本太高 圖片來源: https://sinovoltaics.com 圖片來源: SUNPOWER
  29. 29 HJT 太陽電池 ➢ HJT、HDT、SHJ其實都與HIT® (SANYO)相同結構 ➢ 採用高品質本質非晶矽薄膜層作為鈍化層之異質接面太陽能電池 ➢ 具有相當高之Voc

    ➢ 正背面皆需要TCO 膜層進行橫向導電,所以可為雙面太陽能板 ➢ 製程溫度低於200˚C 圖片來源: https://www.solar-facts-and-advice.com/amorphous- silicon.html 圖片來源: DOI: 10.5772/22468
  30. 30 HBC 太陽電池 ➢ HBC: Heterojunction and Back Contact (異質接面與背電極)

    ➢ 同時提升 Voc 、 Jsc、FF ➢ 最高效率26.63% (Voc=740mV, Jsc=42.5mA/cm2, FF=84.6, 面積= 180cm2) ,是目前矽晶太陽電池最高效率(日本 Kaneka公司於2017年8月所創) 。 圖片來源: PV-Tech
  31. 31 BSF PERC/PERL/PERT/TOPCon HJT IBC Tandem 2024年開始出現串接之矽基太陽電池 (4T Perovskite/Si 最具潛力)

    圖片來源: International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) , 11th edition, 2020
  32. 32 未來矽晶太陽 電池三大發展方向 1. N 型單晶矽太陽電池 a) P型單晶矽太陽電池轉換效率已出現瓶頸,由P型轉N型勢在必行。 b) N型中雜值對少數載子(電洞)的捕獲能力低於P型中雜值對少子載子

    (電子)的捕獲能力,少數載子壽命高約1~2 order。 c) N型矽中硼含量極低,硼氧複合中心氧極少,因此極少光致衰減現象 (light induced degradation, LID)。 2. 鈍化接觸(e.g. , TOPCon)太陽電池 a) 可由PERC產線改造升級,減少設備成本支出。 b) TOPCon極限效率達28.7%,高於 PERC、HJT。 3.串接式矽基太陽電池 a) 矽晶太陽電池理論效率為 29.4% (受限於Shockley–Queisser limit) 。 b) 藉由與鈣鈦礦太陽電池串接,理論效率可達 42.5%。
  33. 33 圖片來源: https://doi.org/10.1063/1.5139202 矽晶太陽電池效率發展藍圖

  34. 34 太陽光電成本 (以矽晶太陽電池為例) 資料來源: https://www.energytrend.com.tw/solar-price.html 多晶矽原料歷年價格 圖片來源: Bernreuter Research 矽晶模組歷年價格

    https://about.bnef.com/
  35. 35 太陽光電成本 (以矽晶太陽電池為例) 1. 矽晶太陽電池 : 0.71~0.15 USD/Watt 2. 矽晶太陽電池模組:

    0.17~0.36 USD/Watt 3. 系統(建置)成本,單位為$/Watt - 包括模組成本與平衡系統(Balance of System, BOS)成本 (BOS包括:土地租金、支架成本、逆變器、人工架設搬運等成本) 4. 均化成本(LCOE) ,單位為$/kWh
  36. 36 圖片來源: https://en.wikipedia.org 半導體產業: Moore's law (英特爾創始人之一戈登·摩爾提出) IC上可容納的電晶體數目,約每隔18~24個月會 增加一倍。 太陽能產業:

    Swanson’s law (SunPower創辦人理察‧史旺森所引用的學習曲線) 矽晶太陽電池模組成本 圖片來源: International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) , 11th edition, 2020 太陽光電產業之學習曲線(學習率約為23.5) 多晶矽缺料所造成 ➢ Learning rate(學習率) : 當累積產量增大一倍時,其生產 成本就可以降低一定的百分比。 ➢ 政府政策和技術創新是影響學習率最重要的兩個因素。
  37. 37 各類能源類型中,以太陽光電之學習率(learning rate)最大 圖片來源: IEA (2000). Cost of electricity and

    electricity produced from selected electric technologies installed in the European Union 1980-1995. 各種發電類型和累積安裝量的經驗學習曲線
  38. 38 太陽光電系統(建置)成本 (單位: $/Watt) ➢ 太陽光電系統成本包括: 模組成本與平衡系統(BOS)成本 ➢ BOS(Balance of

    System):土地租金、支架成本、逆變器、架設搬運等成本。 ➢ BOS 成本與安裝模組面積有很大關係(同樣建置容量,模組效率越高,所需 安裝之模組面積越低)。 ➢ 與太陽電池模組壽命無關。 圖片來源: PHOTOVOLTAICS REPORT, Fraunhofer, 2020 圖片來源: International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) , 11th edition, 2020 土地成本完全沒降低
  39. 39 太陽光電均化成本 ➢ 均化成本 ( Levelized Cost of Energy, LCOE)

    ➢ 與太陽電池模組壽命、太陽光電系統運維、平均年日照量等因素有關。 ➢ 「Grid Parity」是太陽能發電成本(LCOE)與購買現有電力的費用持平 (單位: $/kWh, 亦即每度電多少成本) LCOE= Total Life Cycle Cost Total Lifetime Energy Production 圖片來源: SunPower, PV power plant LCOE
  40. 40 圖片來源: International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) , 11th

    edition, 2020 太陽光電均化成本 約等於每度電 台幣1.7元 目前台灣最低躉購費率約3.87元 WHY? 以25年計算
  41. 41 屋頂型 水面型 地面型 BIPV 太陽光電系統安裝方式 圖片來源: https://cer.bg/en 圖片來源:https://www.flickr.com 圖片來源:

    http://english.seoul.go.kr/smg-subsidizes-up- to-80-of-the-cost-for-bipv-installation/ 圖片來源: 經濟部水利署(阿公店水庫)
  42. 42 太陽光電系統安裝方式 屋頂型 地面型 水面型 BIPV 圖片來源: International Technology Roadmap

    for Photovoltaic (ITRPV) , 11th edition, 2020
  43. 43 Solar + Hydro Power = Win-Win Situation 其它好處: 1.

    不需土地 2. 改善水質 3. 減少水蒸發 4. 提高發電量 5. 水庫充當蓄電池 6. 降低inverter數量 7. 可共用並網設施 8. 減少修護人員 9. 擴充性佳(scalability) Intermittent (間歇性) (日夜及晴雨互補) 太陽光電結合水力發電→ 雙贏策略
  44. 44 44 簡報大綱 一、前言 二、矽晶太陽電池技術及產業現況 三、鈣鈦礦太陽電池技術及發展策略 四、卷對卷軟性有機太陽電池模組技術及應用市場 五、結語與期許

  45. 45 單矽晶: 26.7%(2T 鈣鈦礦/ 矽晶: 29.1%);非晶矽: 14%; 銅銦鎵硒: 23.4%;碲化鎘:22.1%; 鈣鈦礦:

    25.5%; 有機: 17.5%; 染料敏化:12.3%) (綠色字: 溶液製程) 多晶矽太陽電池:Trina(中國大陸天合光能公司) 有機太陽電池: Raynergy Tek of Taiwan(天光材料科技公司) 各種太陽電池光電轉換效率之世界紀錄歷程
  46. 46 鈣鈦礦(Perovskite)太陽電池 圖片來源: Oxford PV (2016/10) 主動層結構屬於三維的ABX 八面體結構

  47. 47 圖片來源: Joule 1, 769–793, December 20, 2017 圖片來源: DOI:

    10.1039/C5TA00477B 可任意調色之光電特性
  48. 48 圖片來源: DOI: 10.1002/aenm.201903326 鈣鈦礦太陽電池是目前轉換效率提升最快的太陽電池技術, 在短短的10年內提升超過6倍(3.8% 躍昇至25.5%),相當接近 矽晶太陽電池之效率 圖片來源: https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.01.080

  49. 49 圖片來源: J. Phys. D: Appl. Phys. 53 (2020) 493001

    註: UNSW以PERL 結構的矽晶太陽能電池,1999 年在4 cm2 的P 型FZ 矽晶片實現了25%的效率
  50. 50 鈣鈦礦太陽電池須解決問題: 1. 大面積製程(scale up): 狹縫塗佈、噴塗法、刮刀塗佈、軟覆蓋沉積等 2. 穩定度或T80 壽命: 鈣鈦礦吸收層優化(陽離子取代或鹵化物取代、

    2D/3D 混合鈣鈦礦吸收層、晶界鈍化與介面保護層)、無機電洞傳輸 層及擴散阻擋層、精進封裝技術。 3. 含鉛問題: (a)加強封裝材料與技術 (b)金屬有機框架(MOF)對鉛進行原位化學吸附並成為非水溶性複合物 4. 建立鈣鈦礦穩定性測試標準及加速老化條件 (矽晶: IEC 61215, 薄膜: IEC61646, 鈣鈦礦: ?)
  51. 51 單接面及多接面太陽電池之理論效率 圖片來源: UNSW

  52. 52 Perovskite/Si 效率 27~29% (成本比單接面矽晶增加50%) 即具有競爭力 除了III-V串接太 陽電池外, Pk/Si是 最高效率者

    圖片來源: J. Phys. D: Appl. Phys. 53 (2020) 493001
  53. 53 鈣鈦礦/矽晶串接式太陽電池 Efficiency~ Perovskite % + (Si% /2) 目前矽晶太陽電池的效率大都以極微的幅度成長,利用串階式結 構在上層鋪蓋高能帶(約1.5eV)薄膜太陽電池可讓效率呈跳躍式

    提升。 Source: Henry J. Snaith, “Perovskites: The Emergence of a New Era for Low-Cost, High- Efficiency Solar Cells”, J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 3623−3630 下層之矽晶太陽電池吸收長波 長之紅光 上層之鈣鈦礦太陽電池吸收短 波長之藍光 有效提高能源利用率 之全光譜太陽電池
  54. 54 Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells: Marriage of Convenience or True

    Love Story? 資料來源: Adv. Mater. Interfaces 2018, 5, 1700731 4T 貌合形離 各走各的 2T 真心相愛 永结同心 Marriage of Convenience True Love Story 需有兩個inverter 需有tunnel juntion, 電流相同,受限於最小電流
  55. 55 機械堆疊式(4T)鈣鈦礦/矽晶(PSC/Si)太陽電池的優點: 1. 目前太陽能模組價格只占LCOE的12%,BOS成本占LOCE的88% 。模組成本已不是關鍵性cost driver,降低模組成本20%只能使 LCOE 降低3%,但相對效率增加20%能使LOCE 降低17%。 2.

    未來十年內國際PV主要還是矽晶太陽電池之趨勢。4T PSC/Si之製 程方式不會影響矽晶太陽電池之生產線,可降低對現有太陽能電 池廠商的風險,並能達到開發高效率(>30%)低成本太陽電池之目 標與提升單位土地面積之PV發電量。 3. PSC目前尚存在耐久性問題且缺乏實際場域測試,系統廠商(太陽 能系統需保固25年)需承擔風險極大,若與矽晶做疊層,未來PSC 若發生問題,直接抽換即可。 4. 矽晶太陽電池已有龐大經濟規模效應,惟矽晶太陽電池每提升 0.5~1%絕對效率,都需要耗費非常大的研發資源與能量。PSC與Si 作疊層,可以增加其相對效率20% (LOCE可因此降低17%)。PSC 亦可借力使力,迅速切入與結合現有廣泛市場,省卻開拓市場時 間,加速PSC之經濟規模效應。
  56. 56 簡報大綱 一、前言 二、矽晶太陽電池技術及產業現況 三、鈣鈦礦太陽電池技術及發展策略 四、卷對卷軟性有機太陽電池模組技術及應用市場 五、結語與期許

  57. 57

  58. 58 TCO Electrode Hole Transport Layer Active Layer Electron Transport

    Layer Electrode OPV結構 有機太陽電池(OPV) 運作機制 光子 Energy level diagram Donor: 高分子或小分子 Acceptor: PCBM 或非富勒烯小分子 全溶液印刷塗佈製程 HOMO: Highest Occupied Molecular Orbital LUMO:Lowest Unoccupied Molecular Orbital 圖片來源: DOI: 10.1039/c0ee00143k
  59. 59 Development of OPV Morphology McGehee, Chem Mater (2004.) Porous

    structure column structure Bi-layer structure bulk heterojunction (BHJ) structure short exciton diffusion length: < 20 nm ➢ Advantage of BHJ - Increase D/A interfaces → efficient charge separation → increased conversion efficiency Source: https://doi.org/10.3390/molecules25092200
  60. 60 Thermal Anneal Solvent Anneal Additive 高效率OPV策略: 主動層奈米結構之調控 圖片來源: J.

    Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11, 3619–3623
  61. 61 61 ■) 有機太陽電池(OPV)優勢: ➢ 可在空氣環境中以溶液製程大量快速印刷 ➢ 發電兩個月內即可回收能源成本 ➢ 低製作成本、低碳排放量、低耗能、低汙染(無毒溶劑)

    圖片來源: 核能研究所
  62. 62 圖片來源: RSC Adv., 3, 17633-17648 (2013) OPV 平均約二個月 有機太陽電池之能源回收期(Energy

    Pay-back Time)
  63. 63 室內光回收: 有機太陽電池的新家 從“太陽電池”(solar cell)到“光驅動電池”(PV) 資料來源: J. Mater. Chem. C,

    2016, 4, 10367--10370 ➢ 高分子材料的吸光波段與室內光源光譜 高度吻合。
  64. 64 OPV在室內弱光環境下的崛起 資料來源: J. Mater. Chem. C, 2016, 4, 10367--10370

    ➢ OPV在室內光源下的光電轉換效率成長幅度相當可觀 12.83 2.93 6.89 1.8
  65. 65 有機太陽電池優勢: ➢ 像紙一樣輕薄,軟性可彎曲(容易剪裁與組合) ➢ 製作簡單,可印刷成任何圖案 ➢ 可透光、透光波長及顏色可調整,適用於溫室應用 照片來源及樣品製作皆為核能研究所

  66. 66 ➢ 可在空氣環境中以溶液製程大量快速印刷 ➢ 低製作成本、低碳排放量、低耗能、低汙染(無毒溶劑) ➢ 發電兩個月內即可回收能源成本 照片來源: 核能研究所

  67. 67 OPV 最具有低製作成本優勢 Source : https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.03.026 Souce: DOI: 10.1039/c0jm01178a

  68. 68 核研所獨立開發的量產塗佈製程 噴墨印刷 超音波噴塗 批次式狹縫塗佈 卷對卷狹縫塗佈 網版印刷 ➢ 量產製程優勢 -

    材料使用率高 - 製程速度快 - 大面積製作能力 - 成本低廉 基材(玻璃, 軟板…) 透明電極層 界面層 界面層 金屬電極層 有機材料吸光層 量產塗佈製程的應用 顏色代表各膜層可使用之溶液製程方式
  69. 69 核研所學術研究成果居世界領先水平 Source: A universal roll‐to‐roll slot‐die coating approach towards

    high‐efficiency organic photovoltaics”, Progress of Photovoltaic: Res Appl., Vol.25, pp. 928–935,2017 核能研究所OPV團隊之軟性基板卷對卷PTB7:PCBM製程,其元件效率達7.3% ,獲刊登於國際光伏領域里程碑結果之權威期刊Progress in Photovoltaics,顯見 本團隊在以卷軸式塗佈製程技術上與世界水準相當,並已相當貼近未來商業化 製程之應用。
  70. 核能研究所在產業策略聯盟中的角色 學研與 材料商 政府 產 整合上游學研界與材料商 創新自主性專利佈 局 開創國際競爭優勢本土化產業 •

    核研所居國內唯一中游平台,將協助整合上游學術界/材料商,與下游產業廠商, 以形成一條龍發展,建立未來本土化核心關鍵技術專利與國際市場競爭優勢。 70 垂直與水平整合的樞紐
  71. 71 OPV未來創新室內應用 健康照護 電子站牌 電子貨架標籤 軟性顯示器 行動穿戴電子 行李標籤 室內供電 •

    低功耗的顯示模組,以及軟性顯示器等,均為可應用的範圍(圖片來源: E Ink元太公司)
  72. 72 OPV潛力應用市場 MRS Proceed., 1737, mrsf14-1737-u17-02 (2015) OPV ➢ Research

    Nester報導預估,IoT在2023年全球 市場產值達至少723億美元 https://www.energymatters.com.au/energy- efficiency/smart-home-automation/ ➢ 阿里巴巴旗下集團2018年購入400萬個電子標籤 ➢ 天光材料公司開發的充電模組 ➢ 默克公司展示的太陽能充電樹
  73. 73 假耕作、真種電?農地遭取締 (2018/06/10東森新聞) 農地種電曾經在雲、嘉、南地區興起一股熱潮,但農委會發現,許 多種電農地根本沒有在耕作,因此聯合地方政府積極取締,在台南就傳出有農民因此白 花了6000萬架設光電棚,血本無歸,但農委會的農地使用規範早有明訂,少數種電的農 民和承租業者到底是心存僥倖心態,還是不明法令造成虧損,恐怕得自己先搞清楚。

  74. ➢ 由於臺灣地狹人稠,未來在持續推動太陽能政策後,勢必會影響到農 業用地的利用,依農委會「申請農業用地作農業設施容許使用辦法」 第 30 條規定,綠能設施不得影響農業生產及經營,其農業生產之產量 須達農業統計年報最近三年平均產量之七成以上。 ➢ 因此,為解決平衡能源政策與農業發展產生競爭的解決方案,透過可 透光OPV的發展並應用於農業溫室,若未來能在所有的農村建築物(溫

    室)都貼上可透光OPV,不但可栽種作物,且能提供自給自足的電力需 求,將是達成太陽光電產業與農業共存共榮的最佳途徑。 突破農電法規限制太陽光電的僵局 74 核能研究所、交通大學及農試所正進行可透光OPV應用於農業溫室之場域測試驗證 可透光 OPV模組
  75. 75 ➢ 有機半導體吸收光譜並不像無機半導體一樣具連續性 ➢ 調整有機半導體的能隙及吸收光譜,避開葉綠素所吸收之光譜 太陽光有51%能量是植物不需要的紅外光 葉綠素b、葉綠素a 能夠避開葉綠素吸收能譜並吸收紅外光之有機太陽 電池主動層有機材料 可透光有機太陽能電池

  76. OPV未來創新戶外應用 農業溫室應用 (農電共生新契機) 太陽能庭園造景燈 可透光太陽電池天幕 (2015米蘭世博) BIPV應用 (新加坡-Red Dot Power)

    太陽能遮陽帆 (非洲-Belectric OPV) 76 • 以上均為原型開發展品 Credit: University of California
  77. 77 Source: https://doi.org/10.1088/2058-8585/aa5750 1.積體電路(IC)朝向越做越小,耗電量也越來越小,而有機太陽電池效率 越來越高,兩者功率最終將達到黃金交叉,且有助於加速縮減使用於行 動裝置、穿戴式裝置、物聯網感測(WSN)之有機太陽電池面積。 2.一體化(monolithic)之有機太陽能電池與儲電裝置是未來的趨勢,溶液印 刷製程的太陽電池未來已無可取代。 前瞻技術:一體化軟性有機太陽能電池與儲能整合 Source:

    https://www.sciencemag.org 只須20 nanowatts之微小功率 真正名副其實的太陽“電池” (solar “battery”)
  78. 78 簡報大綱 一、前言 二、矽晶太陽電池技術及產業現況 三、鈣鈦礦太陽電池技術及發展策略 四、卷對卷軟性有機太陽電池模組技術及應用市場 五、結語與期許

  79. 79 1. 太陽能發電陸續達到市電同價、智慧電網技術逐漸成 熟,以及儲能系統價格持續下降激勵下,太陽能滲透 率將快速提升,提供了太陽能產業高速成長的動力。 2. 各國政府訂定的躉購費率持續降低或取消,產業必須 以穩健發展的思維,強化研發技術能量,才是永續經 營之道。 機會財、政策財

    技術財、 創意財 (過往雲煙) 結語
  80. 80 1. 技術財:朝開發關鍵技術與關鍵材料方向邁進,以 技術導向(know-how oriented),引領我國太陽能產 業,朝微笑曲線的左端邁進 。 2. 創意財:差異化之創新應用,創造多元新價值,朝 微笑曲線的右端邁進。

    未來期許 附 加 價 值 關鍵技術與材 料(技術財) 生產製造 差異化之創新 應用(創意財)
  81. 81 附 加 價 值 關鍵技術與材料 (技術財) 生產製造 差異化之創新 應用(創意財)

    3. 以微笑嘴角的兩端共同迎接太陽能曙光
  82. 感謝聆聽 敬請指教 歡迎分享,功德無量 版權所有,翻印必究 82