鈣鈦礦太陽能電池　成大陳昭宇獲臺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），獲臺灣綜合大學系統「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%，獲臺灣綜合大學系統「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，太陽能爲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爲多元。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，從此開啓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）

2012年英國Snaith團隊與瑞士Grätzel團隊以新型鈣鈦礦材料作爲電池吸光層，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年就曾將其列爲年度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爲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。據瞭解，成大、中山、中興、中正，4所綜合大學組成的的臺灣綜合大學系統，爲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「臺綜大年輕學者創新研發成果選拔」，分爲傑出獎、優等獎、佳作獎等3種獎項。