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更輕薄的太陽能面板—太陽能壁紙滾滾而來

本文由科技部補助,泛科學獨立製作

文/李瑋倫

太陽能面板誕生已久,也是許多人的心之所嚮,為何至今在世界各地仍然無法普及和流行呢?從價格到外觀都可能是理由。芬蘭的 VTT 科技研究中心(VTT Technical Research Centre of Finland)研發出了一種「太陽能壁紙」—它輕薄、有彈性、圖案漂亮、可回收、可量產,這到底是什麼妖術?

 這種「有機」的太陽能壁紙透過卷對卷精密壓印技術(roll-to-roll printing)製成,藉由將具有太陽能板功能的電極和聚光層印在塑膠基板與薄膜之間,製造出印製在薄膜上的太陽能板,每分鐘可以生產出 100 公尺厚度僅有 0.2 毫米的太陽能壁紙。圖中的葉子圖案就是電極的部份。如果在地中海地區使用,這兩百片的葉子面積約可製造 10.4瓦(3.2安培) 的能量。

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將太陽能面板壓製在塑膠薄膜之中(圖片來源:VTT Technical Centre of Finland, Antti Veijola)

新領域或是曇花一現?

聽來美好,但現實的是,和傳統的矽製太陽能板比起來,這種美麗輕薄的太陽能壁紙的能源效率較差、成本也較昂貴。

不過這其中其實暗藏了一個可能讓太陽能壁紙大翻身的契機,就是「鈣鈦礦(perovskite)」這個原料。鈣鈦礦太陽能電池在過去五年成為了鈣鈦礦世界的寵兒。它們的能源效率從乏善可陳的 4% 竄升到 20% 以上,逐步逼近 25%--傳統的矽製太陽能電池表現極限。鈣鈦礦原料可能創造出比目前太陽能壁紙高出五倍效能的成品,且原料價格只有十分之一。

然而目前的困境是如何將鈣鈦礦納入卷對卷壓印製程之中,這也是芬蘭 VTT 中心下一步要挑戰的目標。鈣鈦礦雖然過去有些「副作用」,例如製程會產生有毒的鉛化合物、高溫加熱過程會使塑膠薄膜被燒出小洞這些種種尷尬的問題,其實都在逐步被科學家破解當中。

關關難過關關過

以加熱問題來說,因為鈣鈦礦面板必須在攝氏100~150 度之間製造,任何塑膠表面都會被燒出小洞。布朗大學的電機教授 Nitin Padture 發現,如果把要塗在鈣鈦礦上前導溶劑更換為經常在石油與塑膠工業被使用的 NMP 溶劑,並以另一種溶劑加以清洗,就能取代原先的加熱步驟,製造出平滑且高品質的結晶薄膜,而且可以準確地控制大面積薄膜的厚度。在美國國家再生能源實驗室的初次測試中,證實了這些鈣鈦礦薄膜將光轉成電的效率,已經超過 15%。能夠以鈣鈦礦產製太陽能晶體薄膜,也就意味著太陽能壁紙再度進化的可能。

而德國的卡爾斯魯厄理工學院也企圖透過改善鈣鈦礦電池的鉛化合物毒物問題,以達成大規模、以及去中心化生產的理想。為何需要將能源的供應去中心化呢?現在電力的供應,大多仍須仰賴集中式的大型電廠,而電力在傳送到各個地區的過程也就會隨之耗損。去中心化、分散式的發電,可能讓一棟建築物本身就是一個小型供電所,如果它的外牆能夠由輕薄、美觀、平滑的鈣鈦礦晶體薄膜所包覆,我們對於分散式發電的想像就又能更加多元了。

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威
審校:陳妤寧

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