邁入21世紀,全世界有關於環境、生態、健康方面的議題愈來愈受到重視。綜觀來看,在未來因應與國際接軌的事務上,尋找臺灣產業之契機為何,必須靠產官學界合作,共同推動國內新的研究發展領域。在現今討論的能源議題中,太陽能利用無庸置疑是最熱門的項目之一。
人們研究太陽能發電已有幾十年的時間,這項技術一開始是用來提供太空船電力使用。當太空船脫離火箭推進器後,馬上就得將太陽能板展開,以便吸取太陽能源並轉換成電力,供應太空船所需。太空船所用之太陽能板大都採用砷化鎵晶片(Gallium arsenide chip, GaAs chip),此種晶片發電效率高但價格昂貴,因此無法普及到民生用品。之後,矽晶片太陽能板問市,這種太陽能板大都是利用半導體(Semiconductor)製造公司的矽晶片(Silicon chip)廢料,將之重新製造成矽晶片太陽能板,價格遠低於砷化鎵晶片太陽能板,因此逐漸將太陽能板結合到民生用途,如家用或攜帶型商品用電。
好景不常,當矽晶片太陽能板逐漸普及之後,半導體製造公司之矽晶片廢料供不應求,因此價格水漲船高,造成太陽能板業者需跳過半導體製造公司,直接向其上游生產商多晶矽(Polysilicon)製造公司搶貨,使得過去兩年間矽晶片太陽能板價格狂飆。因此,標榜節省矽晶片用量之薄膜太陽能板應運而生。薄膜太陽能板大量減少矽晶片用量,並改變太陽能電池之結構,減少太陽能電池損失,避免因降低矽晶片用量而造成太陽能板發電效率陡降的問題。
即使如此,與現有的電力成本相比,太陽能發電成本仍高出許多。以現今電價成本而言,台灣電力公司一般發電成本約為台幣2元,太陽能發電成本約為台幣10元,約有5倍差距。然而,太陽能發電成本在未來幾年中,將會因為材料與技術更新,而大幅度降低。目前國內外太陽能電池生產商正開發可以降低成本的技術,這些技術所涉及的製程大都與半導體製造有相關之處。台灣擁有全世界一流的半導體製造公司,同時,台灣的電源轉換器(Power converters)與積體電路(Integrated circuits, IC)設計也是全世界一流。因此,在太陽能發電這個熱門領域中,台灣的角色將是舉足輕重。
在台灣,由於大多數家庭皆住在大樓裡,大樓的天台面積通常不大,無法容納足夠的太陽能板以便供應所有家庭需求。因此,新一代的太陽能板的設計已結合綠建築的概念,將太陽能板應用到玻璃圍幕牆、天窗、遮雨篷、屋瓦、半透明太陽能窗等,這些統稱為建築整合型太陽能板(Building integrated photovoltaics, BIPV)。
建築整合型太陽能板具有遮陽、美化及發電等多方面功能。但是,建築整合型太陽能板的控制電路板體積卻是影響其發展之主要關鍵。傳統設計之控制電路板的體積過大,增加建築整合型太陽能板安裝困難與外觀,因此筆者之研究團隊研究出縮小控制電路板的體積到晶片大小,未來將能直接嵌入建築整合型太陽能板的板框,以節省體積且具有美觀的效果。
太陽能板電源管理積體電路設計,將可提供一穩定且可靠性高的再生電源,對於民生、醫療、國防、救災等用途,應該都是非常具有潛力與未來性之研究。尤其,隨著製程的進步,太陽能板的薄型化與可撓性產品,已被商品化並販售。因此,太陽能板之電源管理積體電路研究實是當務之急。誠如之前所提到的,台灣擁有全世界一流的半導體製造公司與電源轉換器及積體電路設計公司。因此,筆者合理的推論,在太陽能發電這個領域中,台灣將創造另一個世界奇蹟。