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把太陽能電池印出來

2005-05-01
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把太陽能電池印出來
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晴朗的陽光下,如同相機底片、不起眼的塑膠板散落各處;這種長十公分、寬五公分的塑膠軟板,正是新一代太陽能電池的雛型;只要幾片合在一起,就可以驅動一台小型的風扇。

太陽能電池雖然已經不是什麼新奇的產品,可是直到今天,太陽能電池仍須倚靠昂貴的矽面板,而且大概只能和人造衛星或是金字塔頂端的科技產品並提。

製造電池可以像印報紙

不過現在情況改變了,柯納卡(Konarka)這家公司使用的製程,就像一般的製造業;跟以往在無塵室製造矽面板的高科技「神祕儀式」(arcane rituals)相比,製造太陽能電池就如同印報紙。這種方式製造太陽能電池的成本不到矽面板的一半,卻能提供相同的電力;而且這種既輕又可彎曲的電池,幾乎可以裝在任何物體的表面,應用的範圍會更廣,包括手機、筆記型電腦、汽車,或是建築物都可以用這種新型的太陽能電池運作。

因為材料科技的突破,和奈米技術的應用,導致不只是柯納卡這種小規模的公司,大企業如奇異電器、西門子、意法半導體等,也競相投入太陽能電池的發展。這種由奈米分子和導電性塑膠材料混合的技術,可以把太陽能電池的材料,像噴墨印表機列印一樣印在物體的表面。雖然太陽能要和煤、核能或是風力匹敵還言之過早,不過許多專家認為這絕對是可行之路。

成本是普及與否關鍵

2003年時,利用太陽能所產生的電力,僅相當於一座中型的火力發電廠;因為高昂的成本,讓太陽能發電的比例難以提升。現在的太陽能電池改採矽面板,裡面所使用的晶圓相當昂貴,以同樣的發電量來說,太陽能發電的成本可能是其他發電方式的四到十倍。

因此,過去幾十年來,專家們念茲在茲的問題就是如何降低太陽能發電的成本。在結合過去三十年最重要的兩項材料發現——導電性高分子聚合物(electrically conducting polymers)及巴克球(buckyballs)之後,西門子的研究人員似乎發現了一線曙光。

1990年代初期,這兩種物質結合之初,發電效率並不令人滿意;不過經過十多年的努力,這種材質已經可以將十分之一的太陽能轉化為電力——這是科學家公認太陽能效率的最低門檻。雖然這個比例仍然偏低,但西門子的研究人員深信未來還會再提升。

在這場能源競賽中,柯納卡公司是一個不容小覷的對手,他們不用巴克球,改採二氧化鈦的半導體粒子做為主要材料,一樣能夠大幅降低太陽能發電的成本。

柯納卡的目標設定在消費性電子產品,因為他的技術是將太陽能電池做成塑膠軟板,所以幾乎可以裝在任何物體的表面。該公司的目標是,在2005年之內做出這種太陽能電池的原型。

在柯納卡的規劃中,將太陽能電池用在手機、筆記型電腦,是因為這類產品不需很強的電力,也不需持續用個十幾年,至於如何將太陽能電池從這些消費性電子產品擴展到更大的規模,則是另一個議題。

新電池的潛在問題

當然,這種新電池也有潛在的問題;最重要的是,它很容易和空氣中的氧起作用,為了避免它接觸到空氣,必定要有完善的封裝保護。雖然這項障礙到現在還沒有完全克服,不過美國能源部的太陽能專家葛雷格(Brian Gregg)相信,材料科學家很快就會解決這個問題,「他們一定會找出讓太陽能電池良好運作三十年的方法。」

事實上,近來這種軟性太陽能電池的發展藍圖,隨著奈米科技的進步而變得更清晰,也讓許多能源專家更樂觀;由過去幾十年,尋找可重複使用的能源供給過程觀察,太陽能將會是未來一個重要解決方案。

奈米科技的先驅,同時也是1996年諾貝爾化學獎得主之一的史莫利(Richard Smalley)就深信,太陽能大規模運用作為替代能源的可能性極高,而且這個趨勢是不可缺少也不可避免的。史莫利更深信奈米科技將可以促使這樣的願景更早實現,「最酷的部分就是,我們可以把太陽能電池『印』出來,放在任何物體的表面!」

不過史莫利也指出,這個計畫可能得花上數十億美元,而且必須集合最頂尖的物理及化學專家。也因此在過去的兩年之間,史莫利跑遍全美宣揚他的現代曼哈頓計畫——運用奈米科技創造太陽能的永續使用。(編按:曼哈頓計畫是二次大戰期間,美國為製造原子彈所成立的最高機密計畫,人類的命運因此改變。)

或許短期內史莫利鼓吹的現代曼哈頓計畫還沒辦法實現,不過,在科學家們積極地努力下,相信很快就會出現令人驚喜的成果。(本文節譯自《MIT’’s Magazine of Innovation Technology Review》,2004年8月號,作者費爾利為投稿作家,長期在加拿大採訪科技、能源和環境等相關新聞。c 2004 by Technology Review. All rights reserved. Distributed Tribune Media Services.)

什麼是巴克球

巴克球這種材料物質是由六十個碳分子鏈結而成,直徑只有數奈米;由於它的成分、性質及結構獨特,在加壓後硬度比鑽石還高,未來可能在半導體、觸媒及光電上帶來革命性的影響。

本文出自 2005 / 05 月號

腦袋經濟學

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