【軟性太陽能電池用基板材料】

江南布衣

【軟性太陽能電池用基板材料】

 

軟性電子所帶來的優勢與商機正在全球發酵，各國技術研發進度也相當急進，以期在市場熱潮興起後能搶得市場先機新材料的開發、成本的縮減與利基型應用是普及化的發展關鍵，軟性基板材料的取得，為軟性電子研發與運用的成敗關鍵因素。
 

在國內外各大廠積極研發下，軟性電子的開發逐漸趨於成熟，使得開發軟性太陽電池更顯重要。在軟性太陽電池的開發中，軟性基板扮演相當重要的角色，本文將針對軟性太陽電池用基板材料進行介紹。

 

 

圖1、軟性電子產品市場預估
 

軟性薄膜太陽電池     

 

軟性太陽電池的發展主要為薄膜太陽電池，可分成矽晶薄膜、CIGS 、染料敏化及有機半導體。

 

軟性太陽電池就是將原本長在玻璃上的薄膜太陽電池改成長於高分子薄膜上，其使用軟性基材，應用彈性大，具有輕、薄、可彎曲、易攜帶、不易碎裂等應用優勢，可謂為多元化應用的能源產品。

 

如半透明式的太陽電池模組可於建築整合式太陽能應用(BIPV)，薄膜太陽能之應用可用於隨身折迭式充電電源、軍事、旅行，而薄膜太陽能模組可應用於屋頂、建築整合式、遠端電力供應、國防等。
 

軟性太陽能用基板材料   

 

軟性太陽能基板材料隨著軟性薄膜太陽電池的不同而有不一樣的需求，對應不同的軟性薄膜太陽電池，因應不同制程溫度的需求，所適合的軟性基板材料也不同。

 

玻璃具有透明、尺寸安定性佳、耐化性好的特性，但有易脆、不耐衝擊、不耐撓的缺點，較不適合用於軟性電子產品，而金屬薄膜具有耐熱、尺寸安定性、可撓曲特點，卻有不透明、表面不平整、易皺褶及介面絕緣的問題。

 

相較於玻璃及金屬薄膜，一般高分子材料的耐熱性普遍不夠，但卻有透明、耐摔及耐撓的優點，目前只適合用於染料敏化太陽電池及有機導電高分子太陽電池，如何提升高分子材料的耐熱性及尺寸安定性，是決定可否用於未來最有發展潛力的a-Si、μ-Si 、CIS 、CIGS 薄膜太陽電池的關鍵。

 

對軟性太陽電池而言，塑膠基板除了具有輕量化、薄型化、耐衝擊性與捲繞性等優點外，其尺寸安定性、耐熱性、阻隔氣體及耐UV特性皆須進一步改善，軟性塑膠基板本身的耐熱性將決定其元件制程的操作溫度上限，因而大大影響該元件的光電特性，提升耐熱性為首要重點。

 

其次，一般塑膠基板材料的熱膨脹係數（約60~70ppm/°C）遠大於一般無機材料（約5ppm/°C），導致在前段制程中的組件製作沈積無機層材料時，因CTE差異過大導致塑膠基板變形或彎曲，甚至將造成無機薄膜層材料的剝落，因此必須降低塑膠基板的CTE。

 

另外，塑膠基板本身對於水氣和氧氣氣體的阻絕性亦不如玻璃基板，因此常於其表層以一適當的氣體阻隔層處理，以達到延長軟性電池的使用壽命與品質。

 

因此塑膠基板材料之尺寸安定性、耐熱性與阻隔氣體特性，為評估一軟性基板材料必須被要求的特性。
 

工研院材化所開發出一高透明、高耐熱及低熱膨脹係數之有機−無機納米混成基板。主要利用納米SiO2粒子經改質後添加到聚亞醯胺高分子得到一混成基板，以不同重量百分比添加到透明聚亞醯胺中，即使在高比例的添加下，利用材化所所開發的改質技術，混成材料仍呈現高透明的情況（圖2）。

  

 

圖2為添加60%SiO2 於聚亞醯胺混成薄膜的照片及其TEM 微結構分析圖，從TEM 圖中可以看出約20 nm大小黑色粒子均勻分散其中，其代表納米SiO2分散相當良好，故可以維持高透明度。

 

在耐熱性方面，混合材料的Tg> 350°C 、CTE為28 ppm (60％SiO2)，從耐熱性來看足夠進行a-Si 及CIGS薄膜太陽電池的制程。

 

另外，利用UV-VIS 分析結果顯示，混成基板的透光度在可見光範圍內為87~89%。鍍完透明導電膜之後，其面電阻小於10Ω/□時，其透光度在可見光範圍內為76%。

 

圖2、60%SiO2/聚亞醯胺混成薄膜的照片及TEM 微結構分析圖

 另外，針對透明導電膜經撓曲後的面電阻變化，經過不同撓曲半徑捲曲後量測結果顯示，在撓曲半徑為1cm 狀況下，IZO透明導電膜並未因為龜裂而使面電阻變大，初步推斷因為IZO 與混成基板的密著甚佳，無須進行任何表面處理，相較於其他基板有較佳的特性。

 

引用：http://tw.myblog.yahoo.com/jw!33ywHnGTEQfNYp55CA_X8A--/article?mid=1400