鈣鈦礦太陽能電池 成大陳昭宇獲台綜大系統創新優等獎

▲成大光電科學與工程學系副教授陳昭宇(中),獲台灣綜合大學系統「年輕學者創新研究成果選拔」優等獎。(圖/成大提供)

▲成大光電科學與工程學系副教授陳昭宇(中),獲台灣綜合大學系統「年輕學者創新研究成果選拔」優等獎。(圖/成大提供)

記者林悅/南市報導

成大光電科學與工程學系副教授陳昭宇帶領的研究團隊,開發新型態「鈣鈦礦太陽能電池」材料,在太陽光譜AM 1.5G照射下,電池的光電轉換效大於20%;而在室內光源下,光電轉換效率近30%,獲台灣綜合大學系統「年輕學者創新研究成果選拔」優等獎。

人類大量使用石化能源,排放二氧化碳造成極端氣候,威脅地球環境與生態,開發替代的再生能源已刻不容緩,太陽能為目前再生能源的主流,但現行的太陽能電池從原料開採到成品經過上百道程序,過程中消耗許多能源。陳昭宇教授研究的「鈣鈦礦太陽能電池」吸光層厚度只有傳統矽晶電池的千分之1,同時製程相對簡單、可低溫製作且耗能低,除了在太陽光下有優異的電池效率之外,對於室內環境等弱光情境也有優異的光電轉換效率,可以運用與發揮的場域更為多元。

鈣鈦礦此種晶體結構最早發現存在於鈦酸鈣(CaTiO3)礦石中,傳統的鈣鈦礦材料通常是複合氧化物,廣泛的應用在介電、超導及鐡磁等範疇。近年來,有機無機混成鈣鈦礦材料在太陽能電池領域受到矚目,2009年,日本Miyasaka團隊首次將此新型鈣鈦礦材料(CH3NH3PbI3)應用在染料敏化太陽能電池上得到3.8%的光電轉換效率,從此開啟了新型鈣鈦礦材料發展的大門。

▲成大光電科學與工程學系副教授陳昭宇帶領的研究團隊,開發新型態「鈣鈦礦太陽能電池」材料,在太陽光譜AM 1.5G照射下,電池的光電轉換效大於20%。(圖/成大提供)

▲成大光電科學與工程學系副教授陳昭宇帶領的研究團隊,開發新型態「鈣鈦礦太陽能電池」材料,在太陽光譜AM 1.5G照射下,電池的光電轉換效大於20%。(圖/成大提供)

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2012年英國Snaith團隊與瑞士Grätzel團隊以新型鈣鈦礦材料作為電池吸光層,導入固態電洞傳輸材料,製作了全固態電池元件,進一步將效率提高至9.7%和10.9%。自此之後,在固態電池架構下,全世界的研究學針對鈣鈦礦吸光層、載子傳輸層及其界面進行優化,目前「鈣鈦礦太陽能電池」效率已推升至22.7%,與單晶矽太陽能電池相去不遠(25.8%)。同時該材料也可以應用於發光元件,雷射,與感測器等光電元件。

另外,在未來物聯網發展的趨勢下,針對龐大的資訊系統運作,持續供應能源是一大挑戰,「鈣鈦礦太陽能電池」可以有效捕捉微弱光源,不必外接電源與電池就能讓系統維持運作。此外「鈣鈦礦太陽能電池」可應用在可撓基板上,因此輕量化及可撓的「鈣鈦礦太陽能電池」結合物聯網、穿載式及可攜式電子元件,發展潛力十足。

雖然目前全世界對於鈣鈦礦太陽能電池的研究,都還停留在實驗室的階段,但《Science》與《Nature》等科學期刊2013年就曾將其列為年度10大科學重要焦點議題。「世界經濟論壇」亦將鈣鈦礦太陽能電池評選為2016年十大最有前景的技術之一,而2017 年 研究開發鈣鈦礦材料的學者們更獲得Clarivate Analytics中的化學領域「引文桂冠獎」的提名,對其未來性實用性與可行性寄予高度期待。

據了解,成大、中山、中興、中正,4所綜合大學組成的的台灣綜合大學系統,為發掘勇於創新研究有潛力的年輕學者致力實現夢想,創新舉辦「台綜大年輕學者創新研發成果選拔」,分為傑出獎、優等獎、佳作獎等3種獎項。

關鍵字:鈣鈦礦,太陽能電池,陳昭宇,台綜大,

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