1997年《京都議定書》制定目的為解決氣候變遷之問題，而京都議定書將于2012年屆滿，環(huán)顧全球石化燃料仍大量使用，二氧化碳的排放量亦逐年增高，全球溫室效應(yīng)問題日益嚴(yán)重，加上2011年日本福島發(fā)生震驚全球的輻射安全危機(jī)，促使世界各國(guó)積極發(fā)展再生能源作為替代性能源。臺(tái)灣在2008年6月由行政院核定「永續(xù)能源政策綱領(lǐng)」，其中要點(diǎn)三、政策綱領(lǐng)─「凈源節(jié)流」，在「凈源」方面，積極發(fā)展無碳再生能源，有效運(yùn)用再生能源開發(fā)潛力，預(yù)期于2025年占發(fā)電系統(tǒng)的8%以上。

III-V族太陽能電池是目前所有太陽能電池中，能量轉(zhuǎn)換效率最高，且全球已超過50家公司或機(jī)構(gòu)投入聚光型太陽光發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)，其中美國(guó)Solar Junction公司研發(fā)III-V族多接面太陽能電池轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到 43.5%；美國(guó)Amonix公司開發(fā)的HCPV系統(tǒng)發(fā)電效率亦達(dá)30%以上。在2008年，核研所投入相當(dāng)人力，開始建立有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(Metal-organic chemical vapor deposition；MOCVD) ，并自行開發(fā)III-V族多接面(InGaP/GaAs/Ge)太陽能電池的磊晶及制程技術(shù)。目前，研發(fā)團(tuán)隊(duì)已發(fā)展出38%能量轉(zhuǎn)換效率之太陽能電池元件；未來將持續(xù)精進(jìn)磊晶與制程技術(shù)，朝40%以上目標(biāo)邁進(jìn)。


圖1，8寸太陽能電池磊晶片。

   
圖2，路竹1MW聚光型示范電廠。

此外，核研所在研發(fā)「聚光型太陽能發(fā)電(Concentrated Photovoltaic；CPV)」系統(tǒng)技術(shù)上已有顯著成果。此次核研所發(fā)表的重大研發(fā)成果計(jì)有3項(xiàng)：第一，在高效率III-V族太陽能電池元件研發(fā)方面，其能量轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到38%以上。其次，太陽能電池磊晶尺寸提升至8寸(如圖1)，大幅減少太陽能電池磊晶及制程成本的支出。第三項(xiàng)，HCPV系統(tǒng)研發(fā)方面，已完成MW級(jí)高聚光太陽能發(fā)電示范系統(tǒng)(如圖2)的建置。

HCPV系統(tǒng)的工作原理系以化合物半導(dǎo)體材料所制成的太陽能電池元件，加上一聚光透鏡將太陽光能量匯聚在太陽能電池元件上，聚光型太陽能電池模組如圖3所示。此外，化合物半導(dǎo)體材料所制作的太陽能電池元件，光電轉(zhuǎn)換效率比矽基太陽能電池元件高。再者，利用聚光透鏡可以使單一太陽能電池元件吸收數(shù)百倍的太陽光能量，大幅減少太陽能電池元件的使用數(shù)量；由于聚光透鏡成本比高效率聚光型太陽能電池的成本低，因此使用聚光透鏡可大幅降低HCPV系統(tǒng)的建置成本。此外，HCPV系統(tǒng)的應(yīng)用除了大型太陽能發(fā)電廠的建立，亦可用于屋頂型及分散式發(fā)電系統(tǒng)。目前高效率聚光型太陽能電池的開發(fā)與應(yīng)用已成為太陽能電池元件發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。

臺(tái)灣光電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有完整的產(chǎn)業(yè)體系及量產(chǎn)能力，目前雖以發(fā)光二極體、雷射與微波元件的產(chǎn)制為主，但MOCVD系統(tǒng)相同，臺(tái)灣磊晶技術(shù)的基礎(chǔ)深厚；核研所進(jìn)行III-V族高效率太陽能電池、聚光系統(tǒng)與追蹤器等的研發(fā)，推廣并逐步與產(chǎn)業(yè)界合作，將可使臺(tái)灣的光電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域更具多樣性，并能與機(jī)械產(chǎn)業(yè)結(jié)合，進(jìn)而建立相關(guān)的再生能源產(chǎn)業(yè)。此外，HCPV產(chǎn)業(yè)于臺(tái)灣成型時(shí)，將可增進(jìn)半導(dǎo)體、光電、機(jī)械及電子等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的就業(yè)機(jī)會(huì)。(本文由行政院原子能委員會(huì)核能研究所太陽光電專案計(jì)劃研究員兼主持人郭成聰博士/副研究員吳志宏博士/副研發(fā)師楊敏德博士提供／DIGITIMES劉一婷整理)