软性电子的诸多特色及未来所具备的爆发潜力,让各国从政府到业者纷纷投入大量资源进行研发。软性电子基本上五大类包括软性显示器、软性能源、软性逻辑/内存、软性传感器以及软性照明等五大类型,其中软性能源则是潜力无穷。这对于全力发展太阳能电池的台湾产业来说,如果能结合软性电子的优势,发展更是无可限量。
易携软性太阳能崛起
工研院电光所所长詹益仁博士表示,以软性太阳能光电和平面照明的软性绿色能源,将成为软性电子的下一波发展重点,预计在2017年将占有软性电子市场40%产值,与软性显示器并列为软电市场的两大应用主轴。
詹益仁说,目前太阳能板普遍采用硅基材的太阳能板,由于重量重、不利于携带,所以现正在发展薄膜太阳能板及有机太阳能板的技术,将可减轻太阳能板的重量,并且具有软的特性,可以卷曲起来携带。目前软性太阳能板中,有机太阳能板的转换效率约只有6%;薄膜太阳能板可达7∼13%;然而传统之硅基材太阳能板则可达到24%。
据了解,有机太阳能板采用的是低成本的有机材料;薄膜太阳能板所需的薄膜硅材料,可以于太阳能板工厂中自制,无需受到上游硅晶圆之限制,另亦有采用铜铟硒(CIS)、铜铟镓硒(CIGS)、镉碲(CdTe)等薄膜材料进行研发薄膜太阳能板;而硅基材太阳能板则需要上游硅晶圆的供应,才能制作出传统的太阳能板。
詹益仁认为,软性太阳能板的光电转换效率虽然低于传统太阳能板,但软性太阳能板易于制作出大面积的太阳能板,使得其供电能力仍可符合电子产品需求,并且由于可以卷曲起来携带、又不易碎,使得软性太阳能板可应用的领域是远大于传统太阳能板,如帐棚、背包、衣服都可以加入软性太阳能板。
《图一 詹益仁表示,软性能源将成为软性电子的下一波发展重点。》 | 摄影\岫晨 |
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软性电池实现全软性电子
软性电子产品未来发展性炙手可热,而这些软性电子产品当然也需要搭配软性电池,才能达到真正全面性软性电子的目标。传统电池大多采用液态电解液,时常有电解液外漏的问题发生,进而损坏周边电子组件,并且传统电池的外壳多为固定、硬式的包装,无法弯曲。此时,如果改用固态或半固态的电解液,就可以大幅免除电解液外漏的问题,且当软性电池弯曲时,仍可以正常进行供电。
工研院电光所所长詹益仁指出,传统电池的体积为块状,无法弯折,且又有漏液的疑虑会发生。因此未来电池将转变为软性的型态,让电池可以弯折,并与软性电子组件搭配后,使得软性电子产品整体都可以反复弯折,并可持续供应电力。
詹益仁说,传统电池普遍采用镍、氢、锂来作为电解质材料。但软性电池为了避免电池漏液,因此都是采用有机、固态的电解质材料,整个电池内不会有液态的物质。也就是因为采用固态电解质,使得软性电池能提供的电压仅为1.5V和1mAh,传统电池则可供应3V。不过在电池成本上,软性电池的制作成本则低于传统电池。
詹益仁认为,软性电池才是让软性电子远景真正落实的原动力。由于软性电池具有可挠的特性,可以弯曲、形状可以不规则,且所使用的材料对于环境无污染之问题,所以使用后无须回收,并且可以整合至产品内部,并不会占用电子产品内过多空间。
尽管电力不如传统电池,但软性电池对于电力需求较小的电子产品则相当有优势,例如智能卡等薄、轻、弯曲型的软性电子产品中,这是传统电池所无法突破的软性应用领域,未来成长性肯定十分惊人。
(表一) 软性太阳能板与传统太阳能板的特性比较<数据源:工研院IEK>
特性分析 |
软性太阳能板 |
薄膜太阳能板 |
硅基太阳能板 |
技术特性 |
转换效率 |
6% |
7~13% |
24% |
材料 |
Organic |
a-Si, μ-Si, CIS,CIGS, CdTe |
S-Si, μ-Si |
制程技术 |
涂布 |
镀膜 |
长晶 |
应用特性 |
成本 |
低 (研发中) |
中 (少量量产) |
高(已量产化) |
弯折程度 |
可弯曲/可卷曲 |
可弯曲/可卷曲 |
无 |
易碎程度 |
不易碎 |
不易碎 |
易碎 |
厚度 |
无 |
无 |
无 |
重量 |
轻 |
轻 |
无 |
(表二) 软性电池与传统电池特性比较<数据源:工研院IEK>
技术特性 |
|
软性电池 |
传统电池 |
电解质材料 |
有机、固态电解质 |
镍、氢、锂(液态) |
电压 |
1.5V |
3V |
电容量 |
1mAh |
600~1800mAh |
应用特性 |
成本 |
低 |
高 |
弯折程度 |
可弯曲 |
无 |
形状 |
不固定 |
固定 |
环保 |
可抛弃 |
需回收 |
尺寸 |
小 |
大 |
组装 |
可整合在物品印制过程 |
需额外加装在产品上 |