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軟性能源實現綠環保生活

成長驚人的新一代能源

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軟性電子的諸多特色及未來所具備的爆發潛力,讓各國從政府到業者紛紛投入大量資源進行研發。軟性電子基本上五大類包括軟性顯示器、軟性能源、軟性邏輯/記憶體、軟性感測器以及軟性照明等五大類型,其中軟性能源則是潛力無窮。這對於全力發展太陽能電池的台灣產業來說,如果能結合軟性電子的優勢,發展更是無可限量。

易攜軟性太陽能崛起

工研院電光所所長詹益仁博士表示,以軟性太陽能光電和平面照明的軟性綠色能源,將成為軟性電子的下一波發展重點,預計在2017年將佔有軟性電子市場40%產值,與軟性顯示器並列為軟電市場的兩大應用主軸。

詹益仁說,目前太陽能板普遍採用矽基材的太陽能板,由於重量重、不利於攜帶,所以現正在發展薄膜太陽能板及有機太陽能板的技術,將可減輕太陽能板的重量,並且具有軟的特性,可以捲曲起來攜帶。目前軟性太陽能板中,有機太陽能板的轉換效率約只有6%;薄膜太陽能板可達7∼13%;然而傳統之矽基材太陽能板則可達到24%。

據了解,有機太陽能板採用的是低成本的有機材料;薄膜太陽能板所需的薄膜矽材料,可以於太陽能板工廠中自製,無需受到上游矽晶圓之限制,另亦有採用銅銦硒(CIS)、銅銦鎵硒(CIGS)、鎘碲(CdTe)等薄膜材料進行研發薄膜太陽能板;而矽基材太陽能板則需要上游矽晶圓的供應,才能製作出傳統的太陽能板。

詹益仁認為,軟性太陽能板的光電轉換效率雖然低於傳統太陽能板,但軟性太陽能板易於製作出大面積的太陽能板,使得其供電能力仍可符合電子產品需求,並且由於可以捲曲起來攜帶、又不易碎,使得軟性太陽能板可應用的領域是遠大於傳統太陽能板,如帳棚、背包、衣服都可以加入軟性太陽能板。

軟性電池實現全軟性電子

軟性電子產品未來發展性炙手可熱,而這些軟性電子產品當然也需要搭配軟性電池,才能達到真正全面性軟性電子的目標。傳統電池大多採用液態電解液,時常有電解液外漏的問題發生,進而損壞周邊電子元件,並且傳統電池的外殼多為固定、硬式的包裝,無法彎曲。此時,如果改用固態或半固態的電解液,就可以大幅免除電解液外漏的問題,且當軟性電池彎曲時,仍可以正常進行供電。

工研院電光所所長詹益仁指出,傳統電池的體積為塊狀,無法彎折,且又有漏液的疑慮會發生。因此未來電池將轉變為軟性的型態,讓電池可以彎折,並與軟性電子元件搭配後,使得軟性電子產品整體都可以反覆彎折,並可持續供應電力。

詹益仁說,傳統電池普遍採用鎳、氫、鋰來作為電解質材料。但軟性電池為了避免電池漏液,因此都是採用有機、固態的電解質材料,整個電池內不會有液態的物質。也就是因為採用固態電解質,使得軟性電池能提供的電壓僅為1.5V和1mAh,傳統電池則可供應3V。不過在電池成本上,軟性電池的製作成本則低於傳統電池。

詹益仁認為,軟性電池才是讓軟性電子遠景真正落實的原動力。由於軟性電池具有可撓的特性,可以彎曲、形狀可以不規則,且所使用的材料對於環境無污染之問題,所以使用後無須回收,並且可以整合至產品內部,並不會佔用電子產品內過多空間。

儘管電力不如傳統電池,但軟性電池對於電力需求較小的電子產品則相當有優勢,例如智慧卡等薄、輕、彎曲型的軟性電子產品中,這是傳統電池所無法突破的軟性應用領域,未來成長性肯定十分驚人。

(表一) 軟性太陽能板與傳統太陽能板的特性比較<資料來源:工研院IEK>

特性分析

軟性太陽能板

薄膜太陽能板

矽基太陽能板

技術特性

轉換效率

6%

7~13%

24%

材料

Organic

a-Si, μ-Si, CIS,CIGS, CdTe

S-Si, μ-Si

製程技術

塗佈

鍍膜

長晶

應用特性

成本

低 (研發中)

中 (少量量產)

高(已量產化)

彎折程度

可彎曲/可捲曲

可彎曲/可捲曲

易碎程度

不易碎

不易碎

易碎

厚度

重量

(表二) 軟性電池與傳統電池特性比較<資料來源:工研院IEK>

技術特性

 

軟性電池

傳統電池

電解質材料

有機、固態電解質

鎳、氫、鋰(液態)

電壓

1.5V

3V

電容量

1mAh

600~1800mAh

應用特性

成本

彎折程度

可彎曲

形狀

不固定

固定

環保

可拋棄

需回收

尺寸

組裝

可整合在物品印製過程

需額外加裝在產品上

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關鍵字:軟性能源PV