文／楊嘉慧
審稿／工研院奈米粉體與薄膜科技中心研究員 陳瑞堂
太陽能發電窗是將光能導向窗邊的太陽能電池，透光率比光電玻璃高。其上有USB插孔，可隨時讓3C產品充電，既方便又環保。
開車外出時，若手機、相機正好沒電，實在傷腦筋。未來，遇到這種問題，只要將電池插頭接到汽車窗戶，就能馬上充電。這是工研院奈米粉體與薄膜科技中心研發的太陽能發電窗，它不但可保持較高的透光率，光能轉換效率也不差，目前已申請了台灣、中國、美國、日本的專利。
將光波橫向導引至窗邊
工研院奈米粉體與薄膜科技中心研究員陳瑞堂表示，太陽能發電窗與一般光電玻璃的構想不同，它不是在兩層玻璃間鍍上薄膜太陽能電池來發電，而是將光能導向窗邊，利用裝置在窗框的太陽能電池發電。發電窗的構造是在兩片透光率高的低鐵玻璃之間，夾一層內有「光散射粒子」的聚碳酸酯（polycarbonate,PC）擴散板（光散射粒子不易加入玻璃中，必須額外夾一層可添加光散射粒子的PC擴散板）。光散射粒子的粒徑大小為奈米等級，成份是不會吸收可見光的二氧化鈦（TiO2）。當陽光照射到玻璃，光波遇光散射粒子後，會經一連串散射與反射進入窗框上的太陽能電池，即可發電使用或存入電池。
能抵擋子彈，又可降低輻射
太陽能發電窗有許多優點，例如部份光波因為被光散射粒子導引到窗邊，所以發電窗具有降低輻射傳至室內的附加功能，也由於玻璃與PC膠合是典型的防彈玻璃結構，太陽能發電窗是屬於高強度的複合玻璃。此外，相較於光電玻璃，它能保持極佳的透光率及良好視野。光電玻璃是在玻璃表面塗矽薄膜層，有時為了提高發電量，矽薄膜層會塗得比較厚，使得光穿透率甚至不到10%。光電玻璃還會有一條條雷射切割線，影響視線。
太陽能發電窗在玻璃間加入的光散射粒子雖然也會降低透光率，但是可以控制添加的量，以及它的分佈位置，讓透光率不致於降低太多。此外，太陽能電池因為是裝在窗邊，不需考慮透光問題，所以可以不用供電較不穩定的非晶矽半導體，而選擇較昂貴但效率較好的單晶矽或多晶矽半導體發電，更可以進一步採用效率更高的砷化鎵太陽能電池。
陳瑞堂表示，太陽能發電窗轉換而來的電能會先儲存在電池內，其上有USB插孔，只要將電子書閱讀器、MP3、手機、數位相機接上，即可使用或充電。以太陽能電池充電的好處是MP3、手機等與太陽能電池同為直流電，充電過程不需經交、直流轉換，電力損耗約只有5%，而以交流電充電則會損失20%的電力。根據實驗，每平方公尺的太陽能窗，一整天日照時間產生的電力可充飽2~4支完全沒電的手機。若於玻璃帷幕高樓大量安裝，將可提供大樓內的所有3C產品使用，如桌上型電腦、筆記型電腦、LED型投影機、LCD螢幕或LCD電視。此外，太陽能發電窗還可加裝LED燈或電風扇等，擴大使用功能。
現在太陽能發電窗的成本比強化玻璃高2~5倍，但卻具環保節能的功能，壽命和一般強化玻璃一樣，可使用超過20年，數年後即可回收成本。未來，再結合照明設備，將可更多樣化地使用到汽車玻璃、落地窗、廣告看板、無背光顯示器等，讓太陽能充分被利用。
要明、要暗，依需求設計
太陽能發電窗的優點，在於具有較高的光穿透率，且不影響窗外景物的顏色，這是其他薄膜式太陽能電池不易達到的。該產品之所以研發成功，主要是工研院奈米粉體與薄膜科技中心的研究團隊突破幾項困難，例如調配出特殊的樹脂以及特殊膠合技術，使玻璃與PC擴散板兩種不同材質的物體成功緊密膠合起來。
研發過程，最大難題是找出適當大小的光散射粒子，太大或太小均無法使全光譜的光線有效橫向傳遞。陳瑞堂表示，目前使用的光散射粒子可使發電窗的透光率控制在5~80%之間，光散射粒子添加越多，橫向散射效果越好，也就是發電量越高，但同時透光率也會降低。像窗戶、室外看板與戶外藝術裝飾玻璃，需要適度透光，便加少一點光散射粒子；若是雨遮、汽車天窗，透光率要求不高，則添加多一點光散射粒子，讓發電量增加。換句話說，太陽能發電窗的製程彈性相當大，可以針對各種不同的應用來加以設計製作。
From：科學人雜誌
