薄膜太陽能電池

(1)

Status and Development of THSC

Industrial in Taiwan

奇美能源/RD/黃志仁

(2)

CME Confidential RD

Outline

太陽能電池簡介與應用

薄膜太陽能電池技術與台灣產業近況

高效率薄膜太陽能電池

奇美能源簡介

(3)

太陽能電池簡介與應用

薄膜太陽能電池技術與台灣產業近況

高效率薄膜太陽能電池

(4)

CME Confidential RD4

太陽電池總類

}

Single crystalline (sc-Si) Polycrystalline (poly-Si)

µ

c-Si a-Si/

µ

c-Si Wet type Solid type Crystalline (Bulk) HIT Amorphous (a-Si) Microcrystalline (

µ

c-Si)

Bulk

(Heterojunction with intrinsic thin-layer) (Si, Si Alloy, Sige, SiC, etc.)

}

Thin Film

Single Crystalline Polycrystalline

(GaAs type, etc.) (CuInSe₂, CuInGaSe₂, CdS, CdTe, etc.) Silicon(Si) type Compound type Organic type Dye-sensitized Thin film (Solid type)

Solar cells

Already commercialized Partially commercialized Under development

Source :KRI Report No. 8: Solar Cells, February 2005

(5)

不同材料對太陽光譜波長響應

晶矽

非晶矽

砷化鎵

碲化鎘

銅銦鎵硒

(6)

CME Confidential RD6

太陽光發電之重要歷史

1954年

年

年Bell Labs發展出矽

年

發展出矽

發展出矽太陽電池

太陽電池

(Chapin等人

等人

等人，

，

，轉換效率約

轉換效率約

轉換效率約4.5%)

轉換效率約

1956年第一個太陽電池製作成功

年第一個太陽電池製作成功

1958年開始太空應用

年開始太空應用

年開始太空應用(GaAs)

年開始太空應用

1970年開始太陽光發電系統地面應用

年開始太陽光發電系統地面應用

年開始太陽光發電系統地面應用(Si) (能源危機

年開始太陽光發電系統地面應用

能源危機

能源危機)

能源危機

1976年

年

年Carlson製作出第一個非晶薄膜太陽電池

年

製作出第一個非晶薄膜太陽電池

1980年消費性薄膜太陽電池應用

年消費性薄膜太陽電池應用

年消費性薄膜太陽電池應用(a-Si, CdS/CdTe)

年消費性薄膜太陽電池應用

1990年與公用電力併聯之太陽光發電系統技術成型

年與公用電力併聯之太陽光發電系統技術成型

年與公用電力併聯之太陽光發電系統技術成型(Grid-Connected

年與公用電力併聯之太陽光發電系統技術成型

PV System, Si) (電力電子技術

電力電子技術

電力電子技術)

電力電子技術

1992年起歐美

年起歐美

年起歐美、

年起歐美

、

、日各國推動

日各國推動

日各國推動PV補助獎勵

日各國推動

補助獎勵

2000年建材一體型太陽電池應用

年建材一體型太陽電池應用

年建材一體型太陽電池應用(BIPV)

年建材一體型太陽電池應用

(7)

資料來源

資料來源：

：

：CrystalClear －

：

－

－20th EU PVSEC, Barcelona Spain, 2005.

矽晶太陽電池的技術

56 ₅₆

年

現在

(8)

CME Confidential RD

太陽光電發電

太陽光電發電原理

原理

www.tf.uni-kiel.de

www.specmat.com

(9)

V

_oc

：

：開路電壓

開路電壓

開路電壓(V)

I

_sc

：

：短路電流

：

短路電流

短路電流(A)

短路電流

P

_mp

：

：最大輸出功率

最大輸出功率

最大輸出功率(W)

最大輸出功率

V

_mp

：

：最大輸出功率時之電壓

最大輸出功率時之電壓

最大輸出功率時之電壓(V)

最大輸出功率時之電壓

I

_mp

：

：最大輸出功率時之電流

：

最大輸出功率時之電流

最大輸出功率時之電流(A)

Fill Factor (F.F.) = (V

_mp

××

× I

×

_mp

/ V

_oc

××

× I

×

_sc

) ×

××

× 100%

太陽電池效率

太陽電池效率 (Efficiency) = (P

_mp

/ 輸入日照功率

輸入日照功率

輸入日照功率) ×

××

× 100%

*輸入日照功率

輸入日照功率

輸入日照功率(W) = 太陽電池面積

太陽電池面積

太陽電池面積(m

太陽電池面積

2 _{) ×}

_××

_{×日照強度}

_日照強度

_{日照強度(W/m}

_日照強度

2 ₎

*

日照強度為

1,000

W/ m

2

2 _{之最大輸出功率即為}

_{之最大輸出功率即為}

_Wp

*太陽電池開路

太陽電池開路

太陽電池開路、

、

、短路時皆不會燒毀

短路時皆不會燒毀

Voc

Vmp

Imp

Isc

Pmp

電壓源

電流源

輸出功率

太陽電池之

太陽電池之 I-V 特性

特性

(10)

CME Confidential

RD

10

Source: Winfried Hoffmann, Thin Film Workshop, Ispra, November 10-11, 2005.

客戶需求的太陽光電

(11)

太陽電池需求分析

W

_p

/g

$/W

_p

$/W

_p

$/W

_p

&W

_p

/m

2

_&美觀

_美觀

電價補助

系統補助

低利貸款

無補助

系統補助

低利貸款

系統補助

低利貸款

ㄧ

ㄧ般民眾

般民眾

工業界

ㄧ

ㄧ般民眾

般民眾

政府

偏遠地區民眾

政府

Wireless Power

尖峰用電

環保

(12)

CME Confidential

RD

12

Consumer

Source：：：：德國德國德國德國KOPF SolarDesign 資料資料資料資料

Honda Dream

馬自達

馬自達“

“

“先驅

“

先驅

先驅”

”

交通工具

(13)

Off-Grid Industrial

無線通信中繼基地台

海上

海上PV發電系統

發電系統

Drivers:

– Lowest cost for remote requirements

– Power line extension cost $10,000 to

$30,000 per mile

Applications:

– Telecommunications

– Vacation homes

– Irrigation

– Billboard and street lighting

– Instrumentation, traffic signals

(14)

CME Confidential RD 14

Off-Grid Residential

Sharp公司外蒙古公司

公司外蒙古公司

公司外蒙古公司200 kW系統

公司外蒙古公司

系統

Drivers:

– 2 billion people without electricity world-wide

Applications:

– Solar home systems

– Village power

– Water pumping

– Telecommunications

Source：：：：MIT, Professor Emanuel Sachs

印度安裝太陽電池幫浦

(15)

太陽光電在沙漠上的應用

(16)

CME Confidential

RD

16

Source:Renewable Energy World，，，，Sep- Oct., 2003; Central Electronics, Ltd.; http://www.shellsolar.com

西藏販賣光電模板的小商店

Off-Grid Residential

新疆安裝光電模板的小屋

偏遠地區沒有電力供應

偏遠地區沒有電力供應:太陽電池可提供燈光

太陽電池可提供燈光

太陽電池可提供燈光、

、

、電視

電視

電視、

、

、汲水

汲水

汲水…..

非洲安裝光電模板

新疆

新疆太陽光電模板教學

太陽光電模板教學

(17)

Mongolia 遊牧民住居用

遊牧民住居用

遊牧民住居用独立型

独立型

独立型２０４

２０４

２０４ ２０４ Wp（（（（NEDO国際共同実証

国際共同実証

国際共同実証）

国際共同実証

））

）

太陽光電在

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CME Confidential

RD

18

On-Grid

Drivers:

– Reduce Peaking Loads

– Government subsidies

– Environmental orientation

Applications:

– Distributed / Centralized

– Commercial / industrial

– Cover the land

設置容

設置容量

設置容

量

量：

量

：

：4.4 MWp

：

佔地

佔地：

佔地

：

：>38英畝

：

英畝

英畝(約

英畝

約

約15公頃

約

公頃

公頃)

公頃

美國

(19)

On-Grid Centralized

Okinawa, Japan,750 kW System

德國

德國Sonnen, Bayern, 1.7 MWp

德國

德國 Solar Park Fuerth , 1 MWp, 原為垃圾掩埋場

原為垃圾掩埋場

Sharp NT-R5E3E 175W 單晶矽模板

單晶矽模板

單晶矽模板5,724 片

單晶矽模板

片

美國

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CME Confidential

RD

20

On-Grid Distributed

(21)

(22)

CME Confidential RD

太陽能電池簡介與應用

薄膜太陽能電池技術與台灣產業近況

高效率薄膜太陽能電池

奇美能源簡介

(23)

(24)

CME Confidential

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CME Confidential

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CME Confidential

(39)

(40)

CME Confidential RD

法國的百科全書在

1929

年已將太陽光電規劃在群

體的住宅房屋與外表上

(

右

圖

)

BIPV夢想終於實現

夢想終於實現

(41)

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CME Confidential

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(44)

CME Confidential

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CME Confidential

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高效率薄膜太陽能電池

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CME Confidential RD

太陽電池最佳效率

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a-Si/µ

µ

c-Si 堆疊

堆疊

堆疊薄膜

堆疊

薄膜

薄膜太陽電池

薄膜

太陽電池

電池串聯: 電流必須相等

(54)

CME Confidential

RD

MultiJunction 矽

矽

矽薄膜太陽電池

矽

薄膜太陽電池

Triple junction solution:

TIT : SiCx or SiOx /a-Si (alloy) /

μ

c-Si

AIST : stable a-Si / a-SiGe /

μ

c-SiGe

United Solar, U. of Toledo : a-Si / a-SiGe / nc-Si

Sharp : a-Si/a-Si/

μ

c-Si

(55)

(56)

CME Confidential

RD

NA-V142(H5) 1.42m

2 ,

240V

ENGINEERING EXCELLENCE

Tandem-junction structure (amorphous silicon/ microcrystalline silicon) captures a wider part of the solar spectrum,

converting more sunlight into electricity.

HIGH VOLTAGE ADVANTAGE

Proprietary design increases reliability by

minimizing losses caused by module output variation.

RELIABLE

Microcrystalline layer provides superior long-term stability and higher module efficiency. 25-year limited warranty on power output.

DURABLE

Four bypass diodes ensure maximum output under non-uniform operating conditions.

INNOVATIVE

Single-layer glass with polymeric backskin lowers pounds per watt and transportation costs. Modules are sized to optimize the greatest amount of power, easily handled by one person.

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CME Confidential

RD

Summary

Customer voice: Tandem Module with stab. Eff 10%

Current Tandem technology: ini. Eff~ 10%, stab. Eff ~9%

Technology have been demo by AMAT, Oerlikon, ULVAC, Sharp, Sanyo, MHI, Kaneka

But how about yield of Mass production?

Sunfilm have successfully demo G8.5 tandem module with stab. 8.3%

AMAT have successfully demo G5 tandem module on in-house TCO with stab. 120W

Kaneka: Thin-film solar cell makers hard to survive if power conversion efficiency lower

than 12%

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太陽能電池簡介與應用

薄膜太陽能電池技術與台灣產業近況

高效率薄膜太陽能電池

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