陳方中教授(中)領導研究團隊在光伏元件研究有重大發現

交通大學光電系以鈣鈦礦光伏元件回收室內照明光  為地球節能減碳  成果獲刊能源材料期刊《Advanced Energy Materials》

【記者鄭銘德/新竹報導】交通大學光電系陳方中教授領導研究團隊,利用新興鈣鈦礦材料製作光伏元件,回收室內照明光能量,團隊以理論計算評估後發現,最高可回收近六成的室內照明能量,為節能減碳目標指引出明確研究方向。鈣鈦礦光伏元件的高效率與低成本特性,也可運用於物聯網的低功耗感測器或致動器之上。此研究成果「以能帶間隙工程提升混和陽離子鈣鈦礦於室內光伏應用的性能(Bandgap Engineering Enhances the Performance of Mixed-Cation Perovskite Materials for Indoor Photovoltaic Applications)」在10月4日刊載於國際權威能源材料期刊《Advanced Energy Materials》,並獲編輯青睞選為當期封面內頁。

室內照明一向是家庭用電的主要耗電來源,因此對發展低碳以及碳平衡的未來建築來說,如何降低室內照明的耗電或回收能源損耗成為重要的課題。現今常用的矽太陽能電池,在弱光或室內光照明下的表現並不優秀,因此不論是家庭用電或是物聯網應用,全世界的科學家都不斷尋求永續性的解決方案。陳方中教授研究團隊的成果即明確指出有適當能帶間隙的太陽能電池,將有機會回收大量室內照明的能耗。

陳方中教授表示,此項研究成果有兩個非常重要的訊息。第一是目前世界上對於以光伏元件回收室內照明能量的研究並沒有明確指引,像是瞎子摸象,因此團隊套用1960年代對於太陽能電池效率的理論計算,也就是現今已被太陽能電池研究界奉為圭臬的蕭基-奎伊瑟極限(Shockley-Queisser limit)理論於室內光源(如螢光燈管或白光發光二極體),得到最佳半導體的能帶間隙理論值,此結果明確指出常見的矽太陽能電池的能帶間隙在室外太陽光照射下的應用情境是非常合適的,但對於室內應用情境卻不是好的選擇。其次,新興的鈣鈦礦太陽能電池的優點之ㄧ是非常容易能調整能帶間隙,因此團隊藉由控制鈣鈦礦材料的成份,將能帶間隙加大,確實發現在室內照明下有較高的效率,驗證了預測結果。

對於未來的展望,陳方中教授樂觀指出,目前僅是驗證團隊研究方向是正確的,如何把能帶間隙最佳化但仍維持電池的高效率是團隊下一步的挑戰,未來達成50%能源回收效率的目標指日可待。

研究團隊表示,這項研究成果是團隊每位成員日以繼夜的努力,特別感謝科技部、教育部新世代功能性物質研究中心計劃的補助,以及交通大學在經費與空間上的支持。

相關網頁連結:
https://onlinelibrary.wiley.com/journal/16146840

以經調整新興鈣鈦礦材料的能帶間隙製作太陽能電池,可以回收大量室內照明的能源。