一、前言 在油价及能源的不断飙涨下，相关再生能源的研 究也随之增加，太阳能电池也是其中之一。为了 改善太阳能的光电转换效率并减少硅晶圆之使 用面积，高效率集光型的太阳光电系统为目前各 国研究的热门主题，集光型太阳能电池是菲涅尔 透镜集光镜片及太阳光追踪器的组合(如图 1~图 2 所示)，其太阳能能量转换效率可达 35%，由于 集光型太阳能电池模块具有能量转换效率高、晶 片需求数少等特性，因此已成为未来发电厂的另 一可能选项。但是集光型太阳能模块中关键零件 --塑料集光镜片，目前面临到模具加工困难及微 结构射出成形缩水等问题，本案所开发之产品为 长宽 150*150mm、平均厚度 2.5mm 的塑料集光 镜片，材质为 PMMA，乃集光型太阳光电系统中 的关键零件，其功能为将太阳光聚焦于砷化镓晶 片上进行光能转换，故表面的微结构特征将影响 太阳光的集光效率，亦即塑料的充填转写率是左 右产品成形是否成功的重要关键。
图 1、集光型太阳能发电模块 图 2、核研所高雄「高聚光太阳能发电路竹示范场」 二、实验设备与方法 本研究乃是开发 150*150mm 太阳能集光镜 片之模具与射出成形技术，产品平均厚度 2.5mm、 微结构深度分布为 0.02~1.09mm(如图 3 所示)， 固定间距 1.5mm，模穴采一模二穴配置，射出成 形采用 Mitsubishi VH 系列之 PMMA 材料，产品 简图如图 4 所示，模具设计初步先以 3D 软件建 构完成，其优点为可减少因传统 2D 构图产生视 角误差而造成模具设计失误，降低后续修模的机 会，另亦容易直接输出 3D 实体档案进行模流分 析以增加模具设计之最适化。另考虑本开发采用 的 PMMA 材料收缩率介于 0.2~0.6%，故于模具设 计时即先执行收缩补偿以免后续产品成形收缩 导致效能缩减，浇口则采用扇形浇口，浇道形状 为 U 字形，水路采用螺旋形通过模仁下方，母模侧为一进一出，公模侧(微结构侧)则为二进二出， 经实际成形结果发现水路设计方式针对成型品 的冷却效果佳，相关模具图面如图 5及图 6所示， 本案于模具加工前亦辅以模流分析软件进行流 动及冷却分析，以避免后续射出成形时发生短射、 结合线、严重翘曲变形及包风等现象发生。本案 所采用之模流分析软件 Moldex 3D 是由科盛科技 公司自行研发问世之一套功能强大之 CAE 软件， 其三维模流分析技术，可充分运用于各类型塑料 射出产品。利用实体混合网格，搭配高效能有限 体积计算方法，可精确预测产品制造的可行性与 建议出优化设计方案。即便产品属于粗厚件、 厚度差异大、甚或产品设计的几何结构相当复杂， 皆可真实呈现全三维模拟分析。模拟分析之网格 建构示意如图 7 所示，在为结构处须在做更细微 之网格以期能提高分析之准确率，导致总网格数 约达 164 万，完整分析时间约需耗费 8~9 小时(以3.0GHz 8 核心 CPU 运算，总内存数为 32Gb)， 而所采用之射出成型制程参数如表一及图 8~10 所示 ， 另 本研究所采用之射出成型设备为 Mitsubishi 220ton 之全电式射出机，并在无尘 等级达 10000 之空间进行试量产。最终之射出成型品再行以表面轮廓仪 Taylor Hobson 以尖端为40 度之探针进行微结构之量测，以验证产品射出 后之转写效果。(如图 10 及 11 所示)
图 3、微结构分布简图 图 4、8.3 吋太阳能集光镜片外观图   图 5、3D 模具设计图 图 6、模具螺旋水路设计简图   图 7、网格建构示意 图 表一、射出成型制程参数表(模拟分析用)   图 8、射出速度设定 图 9、射出压力设定
图 10、保压压力设定 图 11、表面轮廓仪及 40 度探针外廓图 |
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