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富士通成功開發光熱複合式能源採集元件
 

【CTIMES/SmartAuto 王岫晨 報導】   2011年02月09日 星期三

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富士通(Fujitsu)最近成功開發一種高科技手鐲式的發電裝置,可同時利用太陽能及使用者的體溫來發電,讓隨身能源技術往前邁進一大步。據了解,這種手鐲並無任何電線或替換式的電池,完全依賴體熱及太陽能來提供電源。富士通計劃根據這個原型發電機進一步研發,希望可在2015年前把這項能源技術應用在各類産品上。

據了解,產業界對應用各類能源採集裝置作為下一代能源的興趣越來越濃厚。富士通指出,能源採集是從四周環境收集能源的過程。傳統的電力提供方式是以發電廠或電池供電,需要接駁電線或更換電池。近年利用光、震盪、熱、無線電波等各式各樣的環境能源的構思日漸受歡迎,並發展出多項利用上述不同資源來發電的方法。

目前富士通實驗所已經成功開發出一種有機物質,適合同時用於太陽能及熱電式的發電裝置上。這種有機物質具有高發電效能,在光合模式時,即使室內微弱光線也可產生電能,並可經由熱電模式發電。由於這有機物質及其處理成本並不昂貴,故可大幅降低生産成本。富士通相信這技術最終將惠及醫療產業,因為這類發電組件可用來為各種小型的救生器材提供電力。

目前雖然有不少可收集能量的裝置可以將光、熱和動能轉換為電能,但富士通這款複合式能源裝置中的能源採集系統,除了可以生成電量之外,也可同時為自己充電。而且相對於一般的能源收集器,這款產品可吸收轉換光和熱兩種能量,大大改進了能量的採集效率。

此次富士通所開發的採集器,是透過佈線連接數個n型和p型有機半導體元件,最大特色在於採集器元件皆以同一類材料所製成。在元件並聯時可作為太陽能電池,串聯時則能發揮熱電轉換元件的功能。兩種功能並不能同時運作,電路上則安裝有開關,方便在串聯及並聯間切換。至於元件所採用的材料,n型半導體為PCBM,p型半導體為P3HT,這些原本都是有機太陽能電池和熱電轉換元件所使用的材料。雖然同一種元件無法同時讓兩種功能運作,但富士通透過改變佈線的連接方法,來達到兩種不同發電功能一體化的目標。在太陽能電池與熱電轉換元件一體化之後,不僅可增加發電機會,還可以大幅降低製造成本。

目前全球也有許多廠商積極發展結合不同發電單元的混合發電元件,但幾乎都是單純層疊兩種發電元件的方式。過去比利時的IMEC,從2008年就開始發展結合矽太陽能電池和碲化鉍(BiTe)熱電轉換的混合發電元件。但相比之下,富士通研究所開發的方法,能有效降低製造成本至十分之一。主要原因在於採用有機材料,因此製造成本低廉。至於環保方面,普通熱電轉換元件多使用具有毒性的稀有金屬碲(Te),相較之下,有機材料對於環境將更友善。

富士通還指出,有機材料的另一向優勢,是能將重量降至五分之一。這對於醫療用途將非常重要,特別是健康醫療器材用的感測器,讓使用者感覺不到有物品貼在身上的輕薄感將是產品成敗的關鍵,這讓元件的重量也成為廠商競爭的關鍵。

對於能源採集來說,使用者希望能根據所處的情況,選擇最適合的能源,並提高發電效率。富士通為了滿足使用者的需求,才會特別開發這種自動選擇將光能(太陽光)或者熱能(透過溫度差)轉換成電力的混合發電元件,並透過有機材料製作。未來無論是光能或熱能均能發電,能擷取的能量也大大增加。這種產品未來將優先應用於健康醫療用感測器的電力來源。例如將1公分見方的無線感測器貼在手腕上來檢測身體狀態,並將數據發送給手機等無線裝置。富士通的目標是2015年達到商用化。

關鍵字: 能源採集  Energy Harvesting  富士通 
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