學研新創 - 環境科技與能源應用
高效率半透明鈣鈦礦太陽能電池技術
2024-01-03
黃裕清副教授團隊/明志科技大學材料工程系
黃裕清、林唯芳、吳明忠、廖學中、李嘉峰、黃聖文、蕭佑鴻、陳芷云
世界各國近年來倡議零碳目標,提高綠能占比刻不容緩。為了提升綠能的能源占比, 提升單位面積下太陽電池光電轉換效率,以及增加太陽能可用之發電場域是最重要的方 式,其中關鍵的技術樞紐即為半透明太陽能電池技術。本團隊開發高效率半透明鈣鈦礦 太陽能電池技術,除了可與現有之矽晶太陽電池疊層提升單位面積下光電轉換效率外,還可以與建物結合作為發電窗,大大的增加了太陽能發電面積與功率。半透明鈣鈦礦太 陽電池主要技術皆為國外研究團隊所發展,本團隊為台灣優先針對半透明太陽能電池技術布局之研發團隊,全面性兼顧多項上中下游具商業化價值之關鍵技術。隨著技術的不斷進步,太陽能光伏產業的發展潛力將會越來越大。因此,鈣鈦礦前驅液配方的優化也可以延長鈣鈦礦太陽能電池的壽命,減少更換與維修成本,進一步提高太陽能電池的實用性與經濟效益。這對於推動太陽能產業的發展具有極大的意義。總體而言,鈣鈦礦前驅液配方和技術的開發對於太陽能光電產業和再生能源的發展都具有重要的意義。通過持續的研究和優化,相信鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性還有很大的提升空間,這將進一步推動太陽能技術的發展和普及,並為建立環保永續的社會做出貢獻。
評審推薦
1.本案開發高效率半透明鈣鈦礦太陽電池,其光電轉換效率超過20%,並且應用於疊層電池上將效率提升至29%以上,深具未來運用潛力和實務價值。
2.高效率半透明鈣鈦礦太陽能電池技術,除了可與現有之矽晶太陽電池疊層提升單位面積下光電轉換效率外,還可以與建物結合(BIPV)作為發電窗等應用。
3.團隊掌握關鍵材料、製程、大面積塗布、與矽晶電池堆疊及封裝與老化技術,已獲得7件專利,智權保護完整。
2.高效率半透明鈣鈦礦太陽能電池技術,除了可與現有之矽晶太陽電池疊層提升單位面積下光電轉換效率外,還可以與建物結合(BIPV)作為發電窗等應用。
3.團隊掌握關鍵材料、製程、大面積塗布、與矽晶電池堆疊及封裝與老化技術,已獲得7件專利,智權保護完整。
2025年度精進成果
在高效率半透明鈣鈦礦太陽能電池技術的持續精進過程中,本團隊針對材料設計、製程改善與元件整合進行系統化升級,成功建立從材料開發到可撓性元件製作的完整技術鏈。在材料部分,以hydrazine衍生物為添加劑有效抑制Sn²⁺氧化並改善結晶動力學,使鉛錫混合鈣鈦礦元件效率由16.8%提升至18.9%,且穩定性顯著增強;於製程端,開發可在空氣環境中進行的逐步沉積(Sequential Deposition)策略,透過導入imidazole iodide封端Pb位點,在大氣環境條件下實現效率18.73%、T₈₀超過500小時的高穩定元件;進一步結合近紅外加熱與擬鹵化物添加(MASCN)之順序式slot-die塗佈技術,在10×10 cm²模組上達成14.05%效率,並提升薄膜晶粒均勻度與相穩定性;針對柔性製程挑戰,建立具加熱滾輪控溫之Roll-to-Sheet(R2S)塗佈系統,穩定控制結晶與膜層均勻性,柔性元件效率達13.24%,確立向卷對卷量產轉換的核心參數;此外,開發2D Ruddlesden–Popper錫基光子突觸元件,偵測率高達3.6×10¹⁴ Jones,並以鈣鈦礦/矽疊層結構結合1T-MoS₂實現偏壓自由太陽能驅動氨產生,太陽能轉換效率達1.48%。整體而言,技術精進已由「高效率與穩定性」進一步拓展至「低溫可撓製程與跨域應用整合」,確立本團隊於高效率半透明鈣鈦礦太陽能電池領域的技術領先地位。
團隊簡介
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學歷 |
國立台灣大學材料科學與工程學系 博士 | |
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現職 |
明志科技大學材料工程系副教授 | |
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經歷 |
明志科技大學 材料工程系 助理教授 (2018/02~2021/02) 核能研究所 核子燃料與材料組 副工程師 (2013/10~2018/01) 國立台灣科技大學 材料科學與工程系 兼任助理教授 (2016/08~2017/07) 核能研究所 太陽能專案分組 副研發師 (2010/11~2013/10) 美國加州大學聖塔芭芭拉分校 材料系 交換研究學者 (2009/09~2010/06) |
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