為了因應溫室效應氣體減量之迫切需求,「可彎曲太陽能電池」的前景備受期待。日本企業預計於2025年後陸續推出商品。然而,技術仍處研發階段,再加上未能大規模量產以降低成本,目前仍為一大考驗。預期將與中國等海外勢力展開競逐,事實上被迫提前布局,以搶占先機。
發電效率
「可彎曲太陽能電池」(鈣鈦礦太陽能電池)之基礎技術由日本科學家所開發。其主要發電材料碘素可由國產供應,日本亦擁有卓越的製造技術。日本政府基於產業政策,希望投入研發補助金以扶植產業,其原因便在於此。
然而,若要真正進入商品銷售的階段,仍有數道必須跨越的難關。其一為「發電(轉換)效率」,即光能轉為電能的效率。在國立研究開發法人產業技術綜合研究所(產總研)率領有機太陽能電池研究團隊的村上拓郎如此說明。
「太陽能電池越小,獲取電能的效率越高。學術論文裡常以數平方公釐的小正方形為研究案例,因此『可彎曲太陽能電池』呈現24-25%的高發電效率。不過,當商品化而擴大面積時,使得電阻增加,或是材料內部出現孔洞,導致發電效率下降。」
實際上,關於可彎曲太陽能電池的發電效率,積水化學工業測試出30平方公分大小最高達15%,東芝的數據則是703平方公分達16.6%。產總研指出:「目前鈣鈦礦太陽能電池的發電效率,仍低於既有的矽晶太陽能電池,」此為未來待解決之課題。
濕氣阻絕戰
「可彎曲太陽能電池」極易受濕氣侵蝕。未包覆保護膜時,僅以指尖觸碰,或是吹氣,發電層立即變色失效。
阻絕濕氣的關鍵在於發電層保護膜的品質。產總研的村上拓郎提到:「或許有些令人意外,例如製作塑膠瓶的PET樹脂膜,每平方公尺每日的透水量為數十公克。若要使用於『可彎曲太陽能電池』,則須將透水量降至10萬分之1。」
「如此特殊的護膜為主要高成本因素,各公司正競相思考如何降低成本」(東芝能源系統鈣鈦礦太陽能電池開發組長淺谷剛)。此外,膜間黏合劑外側的細微縫隙亦可能滲入濕氣。積水化學則運用獨家的「封止」技術防止水分入侵。
太陽能電池暴露在日曬、雨淋、風吹等惡劣的自然環境。以玻璃板覆蓋的矽晶太陽能電池壽命為25年,相對於此,目前的「可彎曲太陽能電池」僅有10年壽命。積水化學希望「明年能提升至20年」。
矽晶太陽能電池的過往慘痛實例
即使技術尚待精進,積水化學擬於2025年,東芝則計劃2025至2030年度初即推出新商品。主張脫碳的日本首相岸田文雄表示,「2025年」為實用量產化的目標,更助長此趨勢。