III-V族太陽能電池是目前所有太陽能電池中,能量轉換效率最高,且全球已超過50家公司或機構投入聚光型太陽光發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā),其中美國Solar Junction公司研發(fā)III-V族多接面太陽能電池轉換效率已達到 43.5%;美國Amonix公司開發(fā)的HCPV系統(tǒng)發(fā)電效率亦達30%以上。在2008年,核研所投入相當人力,開始建立有機金屬化學氣相沉積系統(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。目前,研發(fā)團隊已發(fā)展出38%能量轉換效率之太陽能電池元件;未來將持續(xù)精進磊晶與制程技術,朝40%以上目標邁進。
此外,核研所在研發(fā)「聚光型太陽能發(fā)電(Concentrated Photovoltaic;CPV)」系統(tǒng)技術上已有顯著成果。此次核研所發(fā)表的重大研發(fā)成果計有3項:第一,在高效率III-V族太陽能電池元件研發(fā)方面,其能量轉換效率已達到38%以上。其次,太陽能電池磊晶尺寸提升至8寸,大幅減少太陽能電池磊晶及制程成本的支出。第三項,HCPV系統(tǒng)研發(fā)方面,已完成MW級高聚光太陽能發(fā)電示范系統(tǒng)的建置。
HCPV系統(tǒng)的工作原理系以化合物半導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,化合物半導體材料所制作的太陽能電池元件,光電轉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)與應用已成為太陽能電池元件發(fā)展的主要趨勢之一。
臺灣光電半導體產業(yè)具有完整的產業(yè)體系及量產能力,目前雖以發(fā)光二極體、雷射與微波元件的產制為主,但MOCVD系統(tǒng)相同,臺灣磊晶技術的基礎深厚;核研所進行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),推廣并逐步與產業(yè)界合作,將可使臺灣的光電半導體產業(yè)領域更具多樣性,并能與機械產業(yè)結合,進而建立相關的再生能源產業(yè)。此外,HCPV產業(yè)于臺灣成型時,將可增進半導體、光電、機械及電子等產業(yè)領域的就業(yè)機會。