【解密科技寶藏】更便宜、更有效率的可撓式CIGS太陽能,技術大突破
【解密科技寶藏】更便宜、更有效率的可撓式CIGS太陽能,技術大突破

今年八月Google為了拯救環境,推出了太陽能屋頂計劃(Sunroof Project),利用Google Map的介面告訴一般大眾自己所居住的地方是否有充足的太陽日照時間與日照強度,甚至告訴住戶有多大的屋頂面積可以安裝太陽能電板。

圖說明

在過去,各國太陽能發電的發展,多仰賴政策補貼維持營收,然而,近期各國也都開始檢討補貼策略,使得發展不同材料、製程的太陽能電池製造商,必須更強化自己的技術及應用實力,才能因應市場的變化。

太陽能電池根據不同的材質,可分為常見如設置於屋頂上或人造衛星的矽基太陽能電池與非矽基太陽能電池如:CdTe薄膜電池、CIGS薄膜電池、染料敏化薄膜電池等等。

**近期頗受看好硒化銅銦鎵(Copper Indium Gallium Diselenide,CIGS)太陽能電池,是屬於薄膜太陽能電池的一種,特色在於優良的能量轉換效率,國際間近期最好的轉換率可達到21.7%,已優於多晶矽太陽能電池20.4%的轉換效率。**又因為擁有薄膜型的特性,因此可以使用軟性可撓式基板,這讓應用範疇更不受限。

在製造成本面上,矽基太陽能電池約需200-300μm厚度的半導體吸收層,但CIGS的吸收層僅在1~2μm,也就是百分之一的厚度即可,因此在量產製造時,半導體材料費用只需每瓦0.03美元。因此CIGS太陽電池也成為目前太陽光電發展中備受矚目的要角。

在CIGS太陽能電池的製程部分,分有真空製程與非真空製程。工研院綠能所江建志專案經理團隊則是走非真空製程,相較於真空製成可達成的國際最高水準21.7%,非真空製程也可以達到14.6%的轉換率。但是相對於真空製程來說:

  • 非真空製程的材料利用率高達95%以上,而真空製程30%
  • 非真空製程的製作時間較短
  • 非真空製程設備投資僅需真空製程的30%

根據以上三個特點,可以讓非真空製程的發電成本更可降至每瓦0.5~0.65美元,相較矽基太陽能電池或其他薄膜電池,非真空製程CIGS太陽能電池將極具成本競爭力。

圖說明

工研院綠能所江建志專案經理指出,CIGS太陽能電池的能量效率,從一開始毫無價值的2%,在第一年的投入研發克服重重關卡提升到9%,陸續發現新製程提升到12%而成為備受矚目的發展重點。目前工研院綠能所所製造的CIGS太陽能電池輕薄可撓,搭配卷對卷印刷製程可再降低製程成本與製造時間。

此外,軟性可撓的太陽能電池特色,也被預期用在許多過去硬式矽基太陽能電池無法應用到的地方,例如穿戴式電子產品或縫紉於衣物與背包上,也能更彈性且免去大型安裝工程地用在建築物表面,或是結合遮陽棚、窗簾等達到太陽能電池安裝的最大功效。

近年才以非真空製程、無鎘、軟性可撓式等特點,先後以12.5%和14.2%的能源轉換效率,在第26、27屆歐洲太陽能國際會議(EUPVSEC)榮獲薄膜太陽電池領域之最佳海報論文獎,在全世界僅7篇、亞洲僅兩篇的獲獎論文中能連續兩年獲獎,最重要的是希望在可預期的未來,非真空製程CIGS太陽能電池,能成為我國引領世界太陽能產業的關鍵契機。

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導航不是愈高階愈好!桃園產官資源如何賦能互宇向量,讓複雜技術真正「用得起、用得上」?
導航不是愈高階愈好!桃園產官資源如何賦能互宇向量,讓複雜技術真正「用得起、用得上」?

當無人機、無人船失去衛星定位訊號,還能繼續完成任務嗎?這道問題不只考驗導航設備的精度,更牽涉不同技術如何搭配,才能兼顧成本、可靠性與實際部署需求。

要理解自主載具如何在衛星訊號中斷時持續導航,得先認識「慣性導航」。互宇向量執行長鍾宏彬拿棒球作比喻:投手把球投出去後,球沒有GPS或遙控器,仍會依照出手角度、力量與旋轉向前運動。慣性導航則透過感測加速度與旋轉變化,持續推算載具的姿態、速度與位置。不過,慣性導航的誤差會隨時間累積,衛星定位訊號一旦中斷,位置推算也可能逐漸偏移。因此,自主載具需要不同定位與感測技術相互配合。2022年成立的互宇向量,便從這項需求切入,協助客戶選擇適合的導航技術,並將系統整合到產品中。

先定義任務,再決定導航規格

「以終點當起點。」鍾宏彬如此形容互宇向量的產品開發原則。相較於先提供設備、再由客戶自行整合,互宇向量在開發初期便參與討論,了解客戶要完成什麼任務,再決定性能、材料、演算法與預算。這套方法稱為「前端部署」。

以無人機精準投送為例,客戶希望載具不只抵達指定區域,還能接近建築物完成投送。飛行距離、定位精度、是否有人遙控,以及衛星訊號中斷後需要自主運作多久,都會影響系統設計。互宇向量必須先釐清這些條件,再選擇感測元件、調整導航架構,而不是直接套用既有產品。

互宇向量的技術涵蓋光纖陀螺儀(FOG)、慣性量測單元(IMU)、姿態與航向參考系統(AHRS),以及GNSS/INS融合導航方案。團隊曾與產業夥伴在實際水域驗證無人船導航系統,也透過觀音山隧道測試,觀察衛星訊號中斷時的導航表現。

對客戶而言,驗證的重點在於系統能否在任務要求的時間內維持足夠精度。互宇向量也不一定選用最高規格的零組件,而是依照需求調整演算法、材料與系統配置,必要時整合其他供應商的技術,減少客戶自行開發、測試與整合的時間及成本。

從光纖陀螺到系統整合,互宇向量把技術推向可部署的產品

鍾宏彬2010年投入光纖陀螺核心技術研究,2016年共同創辦極星光電。當時核心元件的客戶多具備自行整合能力,應用市場相對有限。他逐漸意識到,若想讓技術接觸更多使用者,就不能只停留在零件,還得往感測模組與完整系統發展。2022年成立互宇向量後,鍾宏彬延續過去累積的技術,採取合作設計製造(JDM)模式,讓團隊從產品開發初期便參與設計與驗證。

他把這種服務形容為「高階料理包」:客戶不必自行採購所有原料、研究怎麼煮,而是由互宇向量協助整合適合的技術,完成產品部署。公司不走低價、拚量路線,而是選擇與少數具有長期需求的專業客戶深入合作。目前團隊服務約12家核心客戶,透過持續參與產品開發,累積技術與合作經驗。

航太市場考驗的不只是技術,還有供應鏈與驗證能力

航太是互宇向量積極拓展的市場。目前約四成業務聚焦航太應用;2023年,團隊也與國家太空中心(TASA)展開策略性合作,推進MIOC與FOG技術的太空應用。

航太產業尤其重視「飛行履歷」(Flight Heritage)。鍾宏彬打趣地說,普通杯子就是杯子,但如果真的上過太空,「它就變成太空杯」。設備即使通過完整的地面測試,仍不等於經歷過發射與太空環境。對國際航太客戶而言,實際飛行驗證是評估設備可靠性的重要依據。鍾宏彬回憶,團隊過去花了兩、三年尋找海外企業客戶,始終不得其門而入。後來有國際業者得知互宇向量與國家太空中心合作,反而主動找上門。這段經驗讓他體會到,進入航太供應鏈除了技術能力,還需要讓國際客戶看見合作經驗與可信度。

從中央大學到蘆竹,桃園產官資源如何成為互宇的產業支點?

互宇向量與桃園的淵源,早在公司成立前就已開始。鍾宏彬從中央大學求學、攻讀博士到投入研究,一路留在桃園;第一次創業落腳楊梅,互宇向量則從青埔搬到蘆竹,建立廠辦空間。他笑稱,自己就像桃園「生出來的baby」。

桃園及北部地區聚集電路板、電子製造與機械加工等供應商,具備成熟的產業基礎。不過,部分業者長期專注既有市場,未必想過自身技術還能延伸至無人載具與航太應用。鍾宏彬舉例,互宇向量曾與傳統機械加工業者合作,協助對方了解航太供應鏈的品質驗證與製造要求,探索跨入新市場的可能。對這些業者而言,挑戰未必是技術能力不足,而是過去缺乏接觸航太應用的機會,不熟悉相關規格與驗證流程。

創業過程中,互宇向量也持續接觸桃園市政府青年事務局及相關局處、育成體系,參與創業交流與產業展會。鍾宏彬看重的是這些場合能讓團隊認識不同領域企業,拓展未來合作的可能。包括Meet桃園+在內的創業輔導與產業交流平台,也為在地新創提供接觸產業資源的機會。

從光纖陀螺核心元件走向完整導航系統,再延伸至航太合作與海外市場,互宇向量逐步建立從任務規劃、技術整合到系統驗證的能力。接下來,如何運用桃園既有的電子製造與精密加工基礎,找到更多能共同開發產品的夥伴,將是團隊拓展國際市場的重要課題。

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