因應太陽光電產品　量測技術與標準必須同步強化

太陽能電池片分選機SOLAR CELL TESTER。Ruiguangfude

太陽能是目前發展綠色能源的一項關鍵技術，光電轉換技術多元，太陽光電系統若要達到高轉換效率的實用水準，不只考驗現有量測技術的極限，量測標準是否能滿足產品所需，也成為必須仔細檢視的關鍵...

在太陽光電(Photovoltaic；PV)應用方面，讓光電轉換效率提升，一向是太陽光電在零組件、模組、系統發展最受重視的領域，因為採取同樣的設備、元件，光電轉換效率的差異會直接影響發電系統的擁有成本，也會造成產品在商用市場上的競爭差距。

由於提高轉換效率的相關技術相當多元，其發展亦持續推陳出新，相對考驗量測標準與相關測試設備極限。尤其在2004年，德國開始進行綠能應用的高補貼政策方案，掀起全球太陽能技術與產品開發熱潮，但也在全球太陽光電應用瘋狂投產搶市下，造成產品於終端市場形成供需失衡，2011年德國因應太陽能光電設備裝設比例過高，宣布停止太陽能設備的補助。

但政策性補助措施，並非產業發展的正確方向，太陽能光電產業仍須朝產品實用化的方向持續改善，產業的良性發展，不應該是尋找下一個提出綠能源導入補助措施的國家，而是應該就太陽光電設備的老問題，例如，光電轉換效率偏低、產品裝設成本過高...等關鍵問題進行改善，透過性能、規格、應用的多元價值提升，發展出即便在無補助政策下，仍能讓民眾樂於導入、接受、改善生活能源應用型態的綠能源技術。

透過驗證機制 定義光電轉換效率

太陽能產業，目前積極朝提高光電轉換效率的方向進行產品改善，以太陽光電系統來說，自量子效率之理論、能量守恆定律，可以定義每種介面在不同形式的光電轉換效率上限，單位轉換效率的評估方式，主要可由聚光來增加單位的光強度、進而提高轉換效率，或採取增加太陽光的利用率，也是一個參考方向，同時也可以用兩種方式整合達到光電轉換的加乘倍增效果。

在太陽能光電設備產品，其光電轉換效率可以與產品價值、發電利潤等優勢，直接劃上等號，轉換率的評估與驗證，其計算方式必須考量公平性、普遍性與完整性，避免出現過於主觀或與實際差距甚大的轉換率計算方式。

而太陽能電池模組最佳的驗證方式，是將電池模組直接放在陽光下照射，同時具體量測產生的轉換電能數據，但太陽本身所發出的能量，在傳導過程期間會因太陽距離、黑子活動、天候陰晴、受光角度、空氣雜質...等多方面變動因素影響，陽光傳遞能量與電池板實際接收、轉換的能量會產生落差，即便自然太陽光是個最便宜、最容易取得之驗證方案，但卻是不切實際的驗證方案。

利用標準化量測方法 讓測試結果更具公信力

較合宜的量測作法是，利用可控制環境、變因的太陽日照模擬環境，來進行太陽能電池的光電轉換效率驗證量測工作。一般而言，多數的量測環境以國際電工委員會(International Electrotechnical Commission；IEC)提出的IEC 60904-9與美國材料測試學會(American Society for Testing and Materials)的G1制定的標準光譜，以便設置模擬光源的品質定義。

尤其在未聚光、大面積太陽能電池，採取以模擬均勻太陽光，或點狀光源達到的面狀排佈效果，藉由增加照射距離、多角度泛射混光形式，來達到模擬勻稱日照的面光源效果，但實際若以上述方法進行測試，被檢驗之電池模組若是有增加聚光透鏡處理，勢必會造成不同太陽能電池板的驗證公平性問題。

以高倍率聚光設計的太陽能電池模組，相較原有基本型太陽能電池模組而言，可因追加聚光設計使光電轉換效率得以改善，一般通用的低度聚光可讓聚光效果達到5倍以上水準，而高聚光設計可以達到更高的水準。檢視多數的設計形式，歐規產品較偏好低聚光設計模式，因為低聚光可以在光效率、模組耐用度、安全性...等各方面達到較均衡的表現。

因應高度聚光系統設計 測試應注意的要項

高度聚光設計以美系產品較為常見，設計目標在使光學系統趨於完美，但高度聚光雖可讓單位電池取得最高光照效能，但高照射能量也可能造成設備潛在問題，例如，若高度聚光日照出現角度偏移，將會使電池周邊的絕緣素材、電子迴路出現過度日照老化、燒毀等問題。

高度聚光設計尤須重視高精度的日照角度設定，多數都要求僅能在正/負0.1度範圍。尤其是高聚光設計之太陽能電池發電系統，搭配追日系統這類電機伺服設備時，高聚光設計另面臨高度設計挑戰，尤其是聚焦倍率提高，日照對焦在單點，若光產生的熱持續累積，也可能讓系統出現燒毀問題。

一般測試現場，高聚光電池設計多會搭配瞬態太陽光模擬器來進行功率測試，驗證時透過模擬日照瞬間閃光，雖可快速產生I-V曲線，但實際上測試之實驗環境，雖可了解產品的光輸出效能，但卻無法以模擬日照去觀察電池模組的散熱效果，尤其是熱效應問題，可能會讓太陽光電池在實驗室看起來似乎效能表現不錯，但裝設到實際場所後，卻因為高度聚光使電池溫度持續累加，影響太陽能發電系統的可用性。

核心晶片量測 為模組生產前之關鍵手續

太陽能電池晶片材料的測試，也是生產前的量測重點，因為太陽光電池晶片材質特性為輕、薄、脆弱狀態為多，並不適宜進行繁複或破壞性測試，而必須採行非接觸式的形式，來進行晶圓檢測篩選。

尤其是封裝前段之晶圓檢測，進行典型的篩選設計，在PV晶片之上會採取快速量測電阻率(Resistivity)形式，量測期間採用非接觸(Non-contact)、非破壞(Non-destructive)...等技術，來進行快速動態元件裸晶圓(Raw Wafer)電阻率檢驗，並同時在同一部機台完成厚度量測。晶圓的厚度測試，多以電容性來進行晶圓厚度判定(Capacitive Thickness Gauging)，該量測方法為利用1對電容性感測閘，因為置入閘內的晶圓，會造成測試設備電容感知器的平均介電係數改變，進而導致電容值隨著晶圓插入而產生變化，經由測試設備運算、量化後可判定晶圓厚度值。