本文整理自第四屆臺灣鈣鈦礦技術暨應用論壇「減碳鈣鈦礦太陽能電池─光照式凱文探針系統偵測光伏材料性能」主題演講
長庚大學化工材料系吳明忠教授團隊研發出一種新型的光照式凱文探針系統(Photo-assisted Kelvin Probe Force Microscopy, Photo-assisted KPFM)，可以準確預測鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能。這項突破性的研究成果有望大幅提升鈣鈦礦太陽能電池的開發效率。
鈣鈦礦太陽能電池近年來備受矚目，主要得益於其高效率、低成本、溶液製程等優點。根據美國能源部的最新數據，鈣鈦礦太陽能電池的最高效率已達26.1%，逼近矽太陽能電池的理論極限。然而，鈣鈦礦太陽能電池的實際應用仍面臨著一些關鍵技術瓶頸，如材料穩定性、界面調控等。吳明忠教授團隊利用Photo-assisted KPFM技術，可以直接觀測光照下鈣鈦礦材料的接觸電位差變化(△CPD)。△CPD越大，表示材料在光照下產生的載流子越多，光伏性能越好。
相比傳統的電池測試方法，Photo-assisted KPFM可以在微觀尺度上快速篩選出性能優異的鈣鈦礦材料，大幅縮短了材料開發的周期。吳明忠教授表示，Photo-assisted KPFM可以精準預測鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能，為鈣鈦礦材料的設計和優化提供了新的思路。未來，他們將進一步優化探針系統，實現在不同波長光照下的△CPD測量，為材料的光譜特性優化提供依據。同時，他們也在探索將Photo-assisted KPFM技術應用於其他太陽能電池材料，以期推動太陽能電池技術的全面進步。
在高效半透明鈣鈦礦太陽能電池的研發上，吳明忠教授研究團隊近日取得重大突破，成功開發出光電轉換效率超過20%的高效電池，這一成果在國內居於領先地位。未來，團隊計畫進一步提高單位面積的發電能力，以更符合台灣土地狹小且人口密集的特性。
針對鈣鈦礦太陽能電池的環境永續議題，目前鈣鈦礦太陽能電池的製造普遍仍需使用鉛，各國的研發團隊正積極尋求減少鉛含量的技術解決方案。然而，對於研究人員而言，要從眾多材料中找到合適的替代品如同大海撈針。為此，吳明忠教授的團隊正在嘗試通過創新的測量方法來預測未來光電材料的性能，縮短減鉛鈣鈦礦太陽能電池之產品開發週期。
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