軟性電子的諸多特色及未來所具備的爆發潛力,讓各國從政府到業者紛紛投入大量資源進行研發。軟性電子基本上五大類包括軟性顯示器、軟性能源、軟性邏輯/記憶體、軟性感測器以及軟性照明等五大類型,其中軟性能源則是潛力無窮。這對於全力發展太陽能電池的台灣產業來說,如果能結合軟性電子的優勢,發展更是無可限量。
易攜軟性太陽能崛起
工研院電光所所長詹益仁博士表示,以軟性太陽能光電和平面照明的軟性綠色能源,將成為軟性電子的下一波發展重點,預計在2017年將佔有軟性電子市場40%產值,與軟性顯示器並列為軟電市場的兩大應用主軸。
詹益仁說,目前太陽能板普遍採用矽基材的太陽能板,由於重量重、不利於攜帶,所以現正在發展薄膜太陽能板及有機太陽能板的技術,將可減輕太陽能板的重量,並且具有軟的特性,可以捲曲起來攜帶。目前軟性太陽能板中,有機太陽能板的轉換效率約只有6%;薄膜太陽能板可達7∼13%;然而傳統之矽基材太陽能板則可達到24%。
據了解,有機太陽能板採用的是低成本的有機材料;薄膜太陽能板所需的薄膜矽材料,可以於太陽能板工廠中自製,無需受到上游矽晶圓之限制,另亦有採用銅銦硒(CIS)、銅銦鎵硒(CIGS)、鎘碲(CdTe)等薄膜材料進行研發薄膜太陽能板;而矽基材太陽能板則需要上游矽晶圓的供應,才能製作出傳統的太陽能板。
詹益仁認為,軟性太陽能板的光電轉換效率雖然低於傳統太陽能板,但軟性太陽能板易於製作出大面積的太陽能板,使得其供電能力仍可符合電子產品需求,並且由於可以捲曲起來攜帶、又不易碎,使得軟性太陽能板可應用的領域是遠大於傳統太陽能板,如帳棚、背包、衣服都可以加入軟性太陽能板。
《圖一 詹益仁表示,軟性能源將成為軟性電子的下一波發展重點。》 | 攝影\岫晨 |
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軟性電池實現全軟性電子
軟性電子產品未來發展性炙手可熱,而這些軟性電子產品當然也需要搭配軟性電池,才能達到真正全面性軟性電子的目標。傳統電池大多採用液態電解液,時常有電解液外漏的問題發生,進而損壞周邊電子元件,並且傳統電池的外殼多為固定、硬式的包裝,無法彎曲。此時,如果改用固態或半固態的電解液,就可以大幅免除電解液外漏的問題,且當軟性電池彎曲時,仍可以正常進行供電。
工研院電光所所長詹益仁指出,傳統電池的體積為塊狀,無法彎折,且又有漏液的疑慮會發生。因此未來電池將轉變為軟性的型態,讓電池可以彎折,並與軟性電子元件搭配後,使得軟性電子產品整體都可以反覆彎折,並可持續供應電力。
詹益仁說,傳統電池普遍採用鎳、氫、鋰來作為電解質材料。但軟性電池為了避免電池漏液,因此都是採用有機、固態的電解質材料,整個電池內不會有液態的物質。也就是因為採用固態電解質,使得軟性電池能提供的電壓僅為1.5V和1mAh,傳統電池則可供應3V。不過在電池成本上,軟性電池的製作成本則低於傳統電池。
詹益仁認為,軟性電池才是讓軟性電子遠景真正落實的原動力。由於軟性電池具有可撓的特性,可以彎曲、形狀可以不規則,且所使用的材料對於環境無污染之問題,所以使用後無須回收,並且可以整合至產品內部,並不會佔用電子產品內過多空間。
儘管電力不如傳統電池,但軟性電池對於電力需求較小的電子產品則相當有優勢,例如智慧卡等薄、輕、彎曲型的軟性電子產品中,這是傳統電池所無法突破的軟性應用領域,未來成長性肯定十分驚人。
(表一) 軟性太陽能板與傳統太陽能板的特性比較<資料來源:工研院IEK>
特性分析 |
軟性太陽能板 |
薄膜太陽能板 |
矽基太陽能板 |
技術特性 |
轉換效率 |
6% |
7~13% |
24% |
材料 |
Organic |
a-Si, μ-Si, CIS,CIGS, CdTe |
S-Si, μ-Si |
製程技術 |
塗佈 |
鍍膜 |
長晶 |
應用特性 |
成本 |
低 (研發中) |
中 (少量量產) |
高(已量產化) |
彎折程度 |
可彎曲/可捲曲 |
可彎曲/可捲曲 |
無 |
易碎程度 |
不易碎 |
不易碎 |
易碎 |
厚度 |
薄 |
薄 |
厚 |
重量 |
輕 |
輕 |
重 |
(表二) 軟性電池與傳統電池特性比較<資料來源:工研院IEK>
技術特性 |
|
軟性電池 |
傳統電池 |
電解質材料 |
有機、固態電解質 |
鎳、氫、鋰(液態) |
電壓 |
1.5V |
3V |
電容量 |
1mAh |
600~1800mAh |
應用特性 |
成本 |
低 |
高 |
彎折程度 |
可彎曲 |
無 |
形狀 |
不固定 |
固定 |
環保 |
可拋棄 |
需回收 |
尺寸 |
小 |
大 |
組裝 |
可整合在物品印製過程 |
需額外加裝在產品上 |