解構太陽能板

By Erica
2022年6月9日

隨著氣候變遷帶來的威脅已不容忽視，越來越多消費者轉而尋求再生能源，以減少自身碳足跡。太陽能即是一個常見的選項，我們可在大樓屋頂、路邊號誌、甚至是太空梭上見到 - 但你想過太陽能板是如何運作的嗎?

此篇文章中，我們將探討太陽能板的發電及運作方式。

太陽能板的組成

太陽能電池與矽晶層
太陽能板即使是在陰天的情況下，也能藉由紫外線發電。面板是由太陽能電池組成，能將太陽能源轉化成電力。

太陽能電池夾在矽半導體材料層之間， 每一層都具有不同的電子特性，當受到來自陽光的光子撞擊時，會被激發從而產生電場，並產生發電所需的電流，稱為光電效應。

金屬背框與導電條
每個單獨的太陽能電池都是一個小正方形或長方形，由銀條組裝連接在一起，電力透過銀條傳導至集中點。除了這些導電條外，太陽能電池後面還有一個金屬背框。

目前典型的太陽能板由60-72個太陽能電池組成，電力通過太陽能板傳輸至儲能電池或逆變器。

抗反射鍍膜
每個太陽能電池表面皆有抗反射鍍膜，此塗層能防止多數光線被反射掉，從而被矽晶層吸收，提高面板效率。該層通常由氧化鈦或氮化矽製成。

玻璃鋁框
太陽能電池外層具有一層玻璃，用於保護電池免於碎裂或其他損壞。

鋁框也能使太陽能板的安裝更為簡易，不需耗費過多人力在面板建置上，同時提供一個堅固的組件接點。

模組種類與外觀

目前主流的太陽能模組技術分為三大類: 單晶矽、多晶矽、薄膜。不同的模組技術由不同材料組成，並且外觀上也有差異。以下是我們整理的比較列表:



• 單晶矽
單晶矽太陽能模組的特徵是具有深色外觀，這是由於陽光與太陽能電池板材料的交互作用。

儘管單晶矽太陽能電池的外觀僅限於深色，但其背框與外框是可客製的。太陽能電池本身是方形，邊緣則呈圓形，故各電池間存在些許空隙。

單晶矽太陽能模組由單晶的矽晶圓片組成，高溫下從普通細砂融成多晶矽後，再使用柴可拉斯基法(Czochralski)長晶，切片後成為矽晶圓片，最後經加工成太陽能電池並組裝一起，製成太陽能板。


• 多晶矽
不同於單晶矽電池，多晶矽電池為藍色或大理石紋，形狀皆為正方形，且中間並無空隙。

多晶矽電池製程雷同於單晶矽電池，只是其中並無長晶程序。因其矽純度較低，外觀上或有多個小矽晶組成的大理石紋色差。


• 薄膜
薄膜太陽能電池，顧名思義，比傳統太陽能電池輕薄許多(約350倍)。外觀上有藍色及黑色兩種，取決於製程中使用的材料。

常見的薄膜太陽能電池，由兩片玻璃中間夾帶一層太陽能薄膜組成，薄膜材質舉凡如矽、鎘、銅等材料。

新科技應用: 未來太陽能

伴隨太陽能技術的快速進步，現今已被廣泛運用於多種範疇。

• 建築整合太陽能系統(BIPV)
建築整合太陽能系統(BIPV)，顧名思義就是將太陽能模組併入建物外觀結構裡，除了能節省外觀材料與電力成本，同時達到建築與發電之雙重功能。透過此類型安裝方式，能讓建商有效減少太陽能系統建置費用或設計問題。

• 鈣鈦礦太陽能電池
因傳統矽晶太陽能電池的轉換效率幾乎已達極限，故專家們正積極尋找其他可提高轉換率的新興材料 - 金屬鹵化物鈣鈦礦即是其中一項極富潛力的新材料。

如同矽晶太陽能電池一樣，鈣鈦礦太陽能電池能有效地將紫外線和可見光轉化為電能，同時他們價格相對便宜，材質上也比矽晶電池輕量約500倍。這代表鈣鈦礦太陽能電池將有可能成為傳統矽晶電池的高經濟替代品，同時極具延展性與輕量化特質。透過在傳統矽晶太陽能電池上覆蓋鈣鈦礦，能使這些混和材質的太陽能板產出更多能源。

這項技術雖然目前尚未全面商業化，但伴隨技術逐漸成熟，未來發展肯定指日可待。


伴隨綠色科技的日益進步，太陽能技術早已突破傳統地面型或屋頂型系統，朝輕量化及可塑性邁進。我們期待未來透過科技加持，將有效加速地球永續腳步。