中研院突破高效太陽能關鍵技術 下世代電池效率突破31%

中央研究院淨零科技辦公室與次世代太陽能電池研究計劃團隊，前排左三爲中研院院長廖俊智。中研院／提供

中央研究院院長廖俊智20日宣佈，由國內頂尖學者組成的下世代太陽能電池研發團隊，整合中研院、成功大學、清華大學、明志科技大學等高效太陽能光電技術研究專長，歷經兩年成功開發出光-電轉換效率超過31%的下世代（疊層式鈣鈦礦/矽基）太陽能電池元件，這項重要成果較目前市售最新太陽能電池產品高出三成以上，與早期布建的太陽能發電裝置相比，效率更可提高近五成。

廖俊智表示，此項成果不僅證實我國太陽能電池技術可與國際並駕齊驅，更有助未來升級太陽能發電裝置，在不增加土地使用面積的條件下提高太陽光發電量，更接近淨零排放的目標。

中研院指出，面對氣候變遷的威脅，開發低碳或零碳潔淨能源成爲全球努力達到淨零排放目標的重要策略。太陽能憑藉可再生、無碳排放、自產能源等優勢，成爲我國能源轉型的重要支柱。雖然臺灣擁有優越的日照條件，但太陽能發電裝置需要佔用大面積土地，造成我國不易大幅增加太陽能發電場域。「提升太陽能電池光－電轉換效率」是化解此困境的核心策略，藉由提高單位面積的裝置容量與發電量，以創新科技換取土地面積，緩解增加太陽能發電量對土地需求之壓力。

目前市售的矽基太陽能電池最高轉換效率約爲22-24%，若以相同技術幾乎不可能突破30%，未來太陽能電池技術須向多接面或堆疊式方向研發。中研院關鍵議題研究中心研究員朱治偉表示：「兩年前廖院長訂出方向後，便邀請院內外研究人員與學者專家組成團隊，投入疊層式鈣鈦礦/矽基太陽能電池技術之研發，希望以更高效率的太陽能電池，滿足臺灣日益增加的低碳能源需求」。

清華大學化工系與中研院關鍵中心合聘教授衛子健表示：「鈣鈦礦太陽能電池是備受矚目的下世代太陽能技術，具有材料來源充足、製程設備成本低廉、高效率及可回收等特性」。鈣鈦礦薄膜應用範疇極爲廣泛，可與矽基太陽能電池結合，形成疊層式鈣鈦礦/矽基太陽能電池，進一步提升光－電轉換效率。

傳統矽基太陽能電池模組只能吸收部份波長的太陽光，因此轉換效率有限。疊層式太陽能電池以鈣鈦礦上層吸收矽晶無法吸收的光子，其餘光子再由下層矽晶吸收，藉此增加轉換效率。中研院研究團隊突破幾項關鍵的連接層技術，成功地將鈣鈦礦薄膜疊層在矽基電池上並降低介面損耗，完成小面積的二端點（two-terminal）電池元件製作，最高光電轉換效率已達到31.5%。

關鍵中心研究員郭宗枋表示：「目前的成品雖然尚屬小面積元件，但是，現階段成果已證明我國在疊層式太陽能電池技術具有自主研發製造的能力，且我們所研發製程具實際商轉的高度潛力」。未來研究團隊將進一步優化製程、放大元件面積、提高疊層式元件之穩定性，開發更符合量產規模的製造方法；並持續與國內學研單位及廠商緊密合作，共同推動下世代高效太陽能發電的建置。

中研院近年積極投入創新淨零科技研發，所推動的「淨零五支箭」，包括去碳燃氫、深層地熱、海洋能、下世代太陽光電及生質碳匯技術。關鍵中心主任李超煌表示：「中研院的關鍵議題研究，着眼於從基礎研究到實際布建的垂直整合，廣邀國內學者專家共組團隊，並與業界先進廣泛討論，在研發初期即以落實應用爲目標」。在行政院政策額度計劃的支持下，中研院於南部院區（臺南市歸仁區，高鐵臺南站旁）建置了完整的疊層式太陽能元件製程設施與量測系統，相關儀器設施也開放全國產、學、研界申請使用，期望凝聚多方研發實力，提升臺灣太陽能光電技術的全球競爭力。中研院將持續以深厚的學術研究基礎，結合國內學術與研究機構創新力，五箭齊發助攻淨零目標，爲人類社會的永續未來貢獻力量。