名家觀點 陳勇全:鈣鈦礦第三代太陽能電池

陳勇全
陳勇全現任台灣電池應用聯盟執行長暨浩永國際股份有限公司執行長。 圖 / 策略風知識新聞網

自 2009 年開始,特殊的鈣鈦礦結構化合物得到許多科學家的關注。目前,台灣太陽光電產業,長久以來都以矽晶,做為製造太陽能電池的主要原料。所謂鈣鈦礦原指鈣與鈦的氧化物 CaTiO3(結構可表示為 ABX3),不過因為有機金屬鹵化物的結構與ABX3 同類型,所以統稱為「鈣鈦礦」結構化合物。

最常見的是以有機-無機鉛或鹵化錫基混合材料,作為太陽能電池的集光活性層,而且鈣鈦礦材料,如甲基銨鉛鹵化物與全無機銫鉛鹵化物,相對矽晶而言,都是價格便宜與容易生產製造。鈣鈦礦目前已被視為在光電產業中,對矽晶原料很重要的潛在替代品。

根據2016年外媒報導,美國能源部勞倫斯國家實驗室研究人員,就已發現這種材料的光電轉換效率,可以達到31%的理論極限。如今,鈣鈦礦並被稱為第三代太陽能電池,早已逐漸走出實驗室,邁入商品化階段。

去(2022)年,國內的台灣鈣鈦礦科技就首度展示A4面積(20cmx30cm)的鈣鈦礦太陽能電池,準備提供客戶整合材料、製程技術與專業設備的完整方案。同時,因其具有透光特性,可讓現有太陽能應用,擴大到建築外牆與農電共生,甚至在室內都可發電。

台灣太陽能電池的矽晶材料,目前超過80%來自中國,不免會有供應鏈過度集中的問題。鈣鈦礦太陽能電池是有機金屬鹵化物材料,台灣可以自行開發與生產。不過,現階段鈣鈦礦太陽能電池須先克服主要面臨的挑戰課題。

「大面積化製程」以及「穩定性不佳」是有待鈣鈦礦太陽能電池相關從業人員,加快腳步解決的兩項核心議題。去年,數位時代報導,國內設備商勤友光電已開發出「真空鍍膜設備」結合「奈米薄膜結晶處理機技術」,可讓鈣鈦礦電池的塗佈製程「塗得很均勻」,如此,就更容易做出大面積的太陽能電池。

根據研調機構Precedence Research預估, 2021年全球鈣鈦礦太陽能電池市場規模約為6億美元。到2030年則上看72億美元,年複合成長率31.8%,市場前景一片看好。

尤其,鈣鈦礦太陽能技術發展越來越成熟,光電轉換效率更已突破25%,已經超過市面上矽晶太陽能板22%的轉換效率極限。所以「鈣鈦礦」對台灣太陽光電產業的發展來說,已經到了必須大步往前邁進的時候,需要產官學研的通力合作,才能及早在這個領域,為台灣建立起全球競爭力。

 

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