鈣鈦礦光電 效率卓越
問:什麼機緣之下開始投入鈣鈦礦電池這個新技術?
答:2009年日本的宮力教授在做實驗時意外地發現鈣鈦礦,而且光電效率很高。其實現在很多學校都投入鈣鈦礦技術的開發,幾年的時間,鈣鈦礦光電轉換效率飛躍式增長,屢創紀錄,如今轉換效率已經超過20%以上,就物理特性而言更可以達到33%。
2019年有一家大陸的太陽能公司協鑫奈米,入股一家新創公司,需要一台2米x1米的真空設備,找上了勤友光電做真空鍍膜設備,並且生產出2平方公尺的鈣鈦礦太陽能板,真正把三代太陽能電池做到量產化。以前的勤友光電把設備賣了就結束,我看到鈣鈦礦技術是未來,決定成立公司投入這個技術,新公司就以鈣鈦礦為名,也代表我們的決心。
高度資本密集的產業一定要發展設備,才能真正製程同步,而不是僅僅只是為了降低成本和本土服務。所以在技術開發上,是以勤友光電的真空、濺鍍設備,結合台灣鈣鈦礦公司的製程開發和應用技術,提供各種規格、尺寸的鈣鈦礦太陽能設備整合方案(turnkey solution)。目前已經成功製造出台灣最大面積約A4大小的鈣鈦礦太陽能電池。
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避地緣衝突缺料風險
問:鈣鈦礦太陽能電池的優勢是什麼?
答:鈣鈦礦不是礦,而是合成有機化學物,像是鉀基氨、碘都是很簡單的材料,這些工業級材料隨處可得。目前主流的矽晶太陽能是以矽為主要原物料,技術上有其物理極限之外,8成原料都來自大陸,去年4月四川限電、工廠停工,造成多晶矽價格在短短1、2周的時間大幅上漲。此外,俄烏戰爭爆發以來也造成鋰、鎳等原材料供應短缺。除了採礦耗費水電,地緣風險也成為了技術發展上的一大考量因素。
就鈣鈦礦的製程來看,鈣鈦礦是以溶液形態塗成薄膜製作,就像刷油漆,可塗在各種形狀的物體或表面,所以應用會更廣泛。鈣鈦礦質輕、可彎、可塑性高,而且具有矽晶所沒有的透光性,因此可藉由吸收室內的燈光就能發電,這是其他太陽能技術所沒有的獨特優勢。
吸收室內燈光就能發電
問:鈣鈦礦太陽能電池的應用?
答:近年太陽能發展遇到的困境就是土地不夠,台灣有效土地面積最大能夠蓋的大約是25GW,如果發電效率提高到30%,同樣的土地面積可以做到46GW,對於台灣能源轉型相當重要。
此外,鈣鈦礦太陽能的一個好處就是透明,因為土地的稀缺性,未來安裝更多太陽能板會碰到更多抗爭,因為鈣鈦礦太陽能透明,上面蓋太陽能,下面還是可以種植。而且未來農業要考量氣候變遷,室外種植要變成室內種植,溫室成本高,如果屋頂可以發電就有收入,溫室成本因而可以下降,而且連窗戶都可以發電。
鈣鈦礦太陽能的另一個特點是可以室內發電,粗估現在全歐洲有6億片電子紙貨架標籤,這些電子標籤都是用鈕扣電池、電池壽命大約3年,平均一年要更換1億顆鈕扣電池。鈣鈦礦太陽能在300lux之下發電效率可達20%以上,一般大賣場的照度800lux以上,未來就不需要更換電池。而且物聯網應用愈來愈多,室內可以發電就是自供電,可以解決電池污染的問題。
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輕薄、可彎 減少污染
鈣鈦礦輕薄、可彎,應用在穿戴式裝置上就可在戶外運動邊跑步邊充電。電動車車頂如果裝置了輕薄的鈣鈦礦太陽能板,可以邊開車邊充電。而且現在大家都在講淨零碳排,除了工廠之外,在2030年辦公室也要做到零碳。舉例來說,台北101大樓的牆壁面積是屋頂面積的1萬倍,如果建築外牆可以裝置鈣鈦礦太陽能來發電,發電效益相當可觀。以此發想,建築業未來會是新能源業,可以發電、輸配電。
問:鈣鈦礦太陽能技術何時起飛?
答:鈣鈦礦是第三代太陽能熱門材料,日本是鈣鈦礦技術的發明國,很多企業都積極投入發展,日本新建車站的屋頂將裝設鈣鈦礦太陽能電池,目前包括豐田汽車、本田汽車都著手研開發鈣鈦礦太陽能車。美國能源部也補貼企業發展鈣鈦礦技術,希望藉此提升太陽能電池自製率,谷歌去年就投資了一家做鈣鈦礦太陽能的波蘭新創公司Saule,進軍新能源產業。
隨著各大企業投入,預期鈣鈦礦商機將提前爆發,最快在2025年鈣鈦礦太陽能產業將開始起飛,不過鈣鈦礦競爭也會更趨白熱化,中國許多企業也都大力投資鈣鈦礦技術,絕對是未來強而有力的競爭者。
鈣鈦礦太陽能小辭典
鈣鈦礦太陽能被視為是第三代太陽能電池,與前一代最大的不同是製程中導入「有機物」和「奈米科技」。鈣鈦礦是一種新型人工合成的太陽能電池材料,具有非常優異的光電轉化率,原料豐富、成本低廉、生產環保,因此快速成為廣受關注的熱門研究領域。
鈣鈦礦太陽能轉換效率高,鈣鈦礦單獨元件已達成25%,鈣鈦礦/矽晶疊層電池已達成30%。半透明模組可與建築整合、可撓曲模組可實現曲面光伏、小型化模組可做為自供電物聯網感知器之電力來源。
陳來助小檔案
◎現職:台灣鈣鈦礦科技董事長、勤友光電董事長、AAMA創業導師
◎出生:1963年
◎學歷:美國亞利桑那州Thunder Bird學院EMBA、清華大學化工碩士、化工博士、大同工學院化工系學士
◎經歷:2007~2011年友達總經理暨執行長、2010~2012年友達太陽能事業群總經理、2013~2015年微熱山丘執行長、2018~2019年二代大學校長
延伸閱讀:
※本文授權自工商時報,原文見此。