2002/09/05
經濟部能源局
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▓撰文：陳文樹
太陽所發出的光係太陽系內各生物體維繫生命之泉源，以目前僅有生物存衍的地球而言，植物須經陽光照射甫能進行光合作用，並釋出氧氣以供動物呼吸存活。而太陽表面所放出的光能乃是由氫氣從事核融反應變成氦氣，反應過程中減少的質量即轉變為能量，再經由電磁輻射的方式散發至太陽系。地球因和太陽相隔一億五千萬公里的適當距離，乃得孕育諸多生命，太陽所放照出的光和熱能，經由地球所吸收者僅是其中的一小部份，但只要能善加利用，即能造福廣大的人群。
早在20世紀中葉，歐美的科學家便投入如何應用太陽能的研發領域，尤其是在發展太空科技時，鑒於在太空中並無空氣，致無法利用石化燃料來產生動力，必須應用太陽能電池（Solar cell，又可稱為「太陽光電池」、「太陽電池」或「光感電池」）做為能源，以提供人造衛星從事通訊任務所需的動力。
第一個實用性的太陽能電池在50年代誕生於美國的「貝爾實驗室」；60年代初期，美國已藉由太陽電池轉化得到的能源，讓發射至太空中的人造衛星將蒐集到的氣象資料傳送回地球上；70年代爆發的能源危機，則促使世人愈發著重於太陽能的廣泛應用，未久科技界對太陽能的重視即已超越以金屬管板吸熱的層面，改採以聚光方式聚集熱量，以及使用新設計、新材質，且功能良好的光電池來蓄電。
由小見大
太陽能電池係一種光電式的半導體薄片，只要被陽光照射到就可立即產輸出電壓及電流，產生的電力稱為「光電伏特」（Photovoltaic，photo和voltaic係分別為光線和電力之意）。迄今，已有多種用電量較小的充電電池工具如小型計算機、照明設施等被成功的開發應世；以太陽能電池來轉化為動力的汽機車、飛機等交通工具，則不斷地被研究改良，有朝一日或能有重大的嶄獲。此外，太陽能電池也能提供民生需用的電力，而太陽電池的蓄電能力，即是尋求創新的首要關鍵。
在國內，經濟部能源委員會於84至88年亦投資設立有「太陽能電池實驗室」，專責從事「太陽光發電能技術計畫」。繼為期五年的初期研究後，又在89至93年的五年之間展開太陽光發電的示範推廣，範圍涵蓋有太陽電池元件之研製與模組封裝、電力轉換控制器之研製、系統設置與監測等領域。
當然，對太陽能的充分利用，並非一定要經過蓄電池不可，亦可直接用以發電。如已見於美、日的太陽能熱力發電廠，乃是以大型的反射鏡將太陽光聚焦於鍋爐，利用聚光產生的高溫將爐內之水煮沸成蒸氣，再藉蒸氣推動渦輪機旋轉，從而產生電力。
研運代出 各領風騷
太陽能電池也可應用於住宅房舍等建築物，唯因家庭電器品係使用交流電，故需裝設有「轉換器」以將電力轉換為交流電，豔陽天時所發出的多餘電力得以電池貯存或售予電力公司，陰雨天時則使用電力公司之供電，但則需較一般的房舍另再增裝售電電表和線路。
太陽能電池與建築材料的結合應用，在歐美係以遮陽棚為主，但日本的住友金屬公司則採用泡沫水泥板與太陽能電池的結合，以做為一般工廠的輕質外牆板建材，供應予建築業。日本為期在新世紀推展新陽光計畫，一處屬官方機構的「電子技術綜合研究所」則結合若干電機製造廠共同開發出一種軟質、既便於攜帶並可縫於衣服上的太陽能電池，晴天時穿著該類衣服行走於戶外，可由電池吸收太陽能，供予電話手機或隨身聽的機具做為動力。這種軟質的太陽電池係在比名片稍大之耐熱性樹脂上蒸鍍一層僅一微米的非晶質矽膜，而在衣服之肩、胸部部位縫上六片電池，便足敷行動電話使用。
從基石做起
太陽能電池的發電能源來自於全域波長之陽光，太陽能電池則是以陽光或白熾燈之波長較為適用，白熾燈的波長與日光燈的波長有別，而充電式電子計算機上的電池是屬於室內型者，如果長期被烈陽曝曬，將導致其內部連結組織燒斷而損壞。
太陽能電池（cell）也可稱為晶片，把其焊連金屬箔條以供導線再將許多晶片用箔條串聯成一組，並和EVA、tedlar與低鐵質強化玻璃相層疊，一同放入層壓機（laminate）的機台上做成真空封裝，製作成模組（module），同時將若干太陽能板組合成方陣（列陣array），接配過度充放保護控制、循環放電蓄電池以及轉流器（inverter，乃將直流電轉變為交流電），此即合稱為太陽能電力系統，又稱太陽能發電站。
一般的太陽能光電商品，其太陽能輸出電流如果在300毫安（mA）以下時，都只會在太陽能板之正極輸出端，接裝一個負載極微小的防逆二極體，以防止蓄電池內的電流逆流回到太陽能板。製造業欲邁向太陽能電池的市場，初期得以小型的封裝代工為主。
目前台灣已有數家小型封裝代工業，唯其規模大多屬於小量型手工式灌膠型態，因為業者尚缺少專業機具，像是專業級封裝用的層壓機或小型加工用的「真空滴膠機」，所以產品會有氣泡、灌膠厚薄不均等瑕疵，不免影響晶片的效率與年限。（本文作者為郵政研究所研究員）