因应太阳光电产品　量测技术与标准必须同步强化

太阳能电池片分选机SOLAR CELL TESTER。Ruiguangfude

太阳能是目前发展绿色能源的一项关键技术，光电转换技术多元，太阳光电系统若要达到高转换效率的实用水准，不只考验现有量测技术的极限，量测标准是否能满足产品所需，也成为必须仔细检视的关键...

在太阳光电(Photovoltaic；PV)应用方面，让光电转换效率提升，一向是太阳光电在零组件、模块、系统发展最受重视的领域，因为采取同样的设备、元件，光电转换效率的差异会直接影响发电系统的拥有成本，也会造成产品在商用市场上的竞争差距。

由于提高转换效率的相关技术相当多元，其发展亦持续推陈出新，相对考验量测标准与相关测试设备极限。尤其在2004年，德国开始进行绿能应用的高补贴政策方案，掀起全球太阳能技术与产品开发热潮，但也在全球太阳光电应用疯狂投产抢市下，造成产品于终端市场形成供需失衡，2011年德国因应太阳能光电设备装设比例过高，宣布停止太阳能设备的补助。

但政策性补助措施，并非产业发展的正确方向，太阳能光电产业仍须朝产品实用化的方向持续改善，产业的良性发展，不应该是寻找下一个提出绿能源导入补助措施的国家，而是应该就太阳光电设备的老问题，例如，光电转换效率偏低、产品装设成本过高...等关键问题进行改善，透过性能、规格、应用的多元价值提升，发展出即便在无补助政策下，仍能让民众乐于导入、接受、改善生活能源应用型态的绿能源技术。

透过验证机制 定义光电转换效率

太阳能产业，目前积极朝提高光电转换效率的方向进行产品改善，以太阳光电系统来说，自量子效率之理论、能量守恒定律，可以定义每种界面在不同形式的光电转换效率上限，单位转换效率的评估方式，主要可由聚光来增加单位的光强度、进而提高转换效率，或采取增加太阳光的利用率，也是一个参考方向，同时也可以用两种方式整合达到光电转换的加乘倍增效果。

在太阳能光电设备产品，其光电转换效率可以与产品价值、发电利润等优势，直接划上等号，转换率的评估与验证，其计算方式必须考量公平性、普遍性与完整性，避免出现过于主观或与实际差距甚大的转换率计算方式。

而太阳能电池模块最佳的验证方式，是将电池模块直接放在阳光下照射，同时具体量测产生的转换电能数据，但太阳本身所发出的能量，在传导过程期间会因太阳距离、黑子活动、天候阴晴、受光角度、空气杂质...等多方面变动因素影响，阳光传递能量与电池板实际接收、转换的能量会产生落差，即便自然太阳光是个最便宜、最容易取得之验证方案，但却是不切实际的验证方案。

利用标准化量测方法 让测试结果更具公信力

较合宜的量测作法是，利用可控制环境、变因的太阳日照模拟环境，来进行太阳能电池的光电转换效率验证量测工作。一般而言，多数的量测环境以国际电工委员会(International Electrotechnical Commission；IEC)提出的IEC 60904-9与美国材料测试学会(American Society for Testing and Materials)的G1制定的标准光谱，以便设置模拟光源的品质定义。

尤其在未聚光、大面积太阳能电池，采取以模拟均匀太阳光，或点状光源达到的面状排布效果，藉由增加照射距离、多角度泛射混光形式，来达到模拟匀称日照的面光源效果，但实际若以上述方法进行测试，被检验之电池模块若是有增加聚光透镜处理，势必会造成不同太阳能电池板的验证公平性问题。

以高倍率聚光设计的太阳能电池模块，相较原有基本型太阳能电池模块而言，可因追加聚光设计使光电转换效率得以改善，一般通用的低度聚光可让聚光效果达到5倍以上水准，而高聚光设计可以达到更高的水准。检视多数的设计形式，欧规产品较偏好低聚光设计模式，因为低聚光可以在光效率、模块耐用度、安全性...等各方面达到较均衡的表现。

因应高度聚光系统设计 测试应注意的要项

高度聚光设计以美系产品较为常见，设计目标在使光学系统趋于完美，但高度聚光虽可让单位电池取得最高光照效能，但高照射能量也可能造成设备潜在问题，例如，若高度聚光日照出现角度偏移，将会使电池周边的绝缘素材、电子回路出现过度日照老化、烧毁等问题。

高度聚光设计尤须重视高精度的日照角度设定，多数都要求仅能在正/负0.1度范围。尤其是高聚光设计之太阳能电池发电系统，搭配追日系统这类电机伺服设备时，高聚光设计另面临高度设计挑战，尤其是聚焦倍率提高，日照对焦在单点，若光产生的热持续累积，也可能让系统出现烧毁问题。

一般测试现场，高聚光电池设计多会搭配瞬态太阳光模拟器来进行功率测试，验证时透过模拟日照瞬间闪光，虽可快速产生I-V曲线，但实际上测试之实验环境，虽可了解产品的光输出效能，但却无法以模拟日照去观察电池模块的散热效果，尤其是热效应问题，可能会让太阳光电池在实验室看起来似乎效能表现不错，但装设到实际场所后，却因为高度聚光使电池温度持续累加，影响太阳能发电系统的可用性。

核心芯片量测 为模块生产前之关键手续

太阳能电池芯片材料的测试，也是生产前的量测重点，因为太阳光电池芯片材质特性为轻、薄、脆弱状态为多，并不适宜进行繁复或破坏性测试，而必须采行非接触式的形式，来进行晶圆检测筛选。

尤其是封装前段之晶圆检测，进行典型的筛选设计，在PV芯片之上会采取快速量测电阻率(Resistivity)形式，量测期间采用非接触(Non-contact)、非破坏(Non-destructive)...等技术，来进行快速动态元件裸晶圆(Raw Wafer)电阻率检验，并同时在同一部机台完成厚度量测。晶圆的厚度测试，多以电容性来进行晶圆厚度判定(Capacitive Thickness Gauging)，该量测方法为利用1对电容性传感闸，因为置入闸内的晶圆，会造成测试设备电容感知器的平均介电系数改变，进而导致电容值随着晶圆插入而产生变化，经由测试设备运算、量化后可判定晶圆厚度值。