【第五屆鈣鈦礦論壇】鈣鈦礦電池與光催化

錫基材料挑戰穩定性，跨足二氧化碳還原與氫能演化

在第五屆鈣鈦礦論壇中，國立陽明交通大學應用化學系暨分子科學研究所刁維光教授，以「鈣鈦礦太陽能電池與光催化」為題，分享最新研究成果。他指出，鈣鈦礦太陽能電池（Perovskite Solar Cells, PSC）自2012 年起快速發展，而無鉛替代方案——特別是錫基鈣鈦礦太陽能電池（Tin-based Perovskite Solar Cells, TPSC）——因兼具環境友善與高轉換潛力，已成為能源領域的研究熱點。

錫基鈣鈦礦電池：材料挑戰與解方

刁教授指出，錫基鈣鈦礦的製程主要採用反式結構與一步製備方式，並普遍使用 PEDOT:PSS 作為電洞傳輸層（Hole-Transport Layer, HTL）。然而，PEDOT:PSS 的吸濕特性導致元件穩定性受限。他說明：「雖然 PEDOT:PSS 能提供均勻成核的優勢，但其吸水性會造成電池降解，這正是錫基電池邁向商業化的最大瓶頸。」為解決此問題，研究團隊嘗試引入 PTAA、NiOx 及自組裝單分子膜（Self-Assembled Monolayer, SAMs）作為替代方案，並透過兩步驟製程改善材料穩定性。

自組裝單分子膜：提升效率與穩定性

在材料創新方面，刁教授展示了多種基於硫雜吡嗪、雙噻吩酰亞胺及三苯胺衍生物的自組裝單分子膜。這些新型分子設計能有效修飾 NiOx 表面，顯著提升電池光電轉換效率（Power Conversion Efficiency, PCE）並延長穩定性。例如，採用硒吩核心的 I 型染料設計，已能達到接近 9% 的效率，為錫基太陽能電池開啟新契機。

串疊電池與光催化應用

除單接面電池外，刁教授也介紹「鈣鈦礦串疊太陽能電池」（All Perovskite Tandem Solar Cells）的進展。透過寬能隙與窄能隙材料的組合，可吸收可見光到近紅外光，研究團隊已在最新實驗中達到 28.1% 的效率，刷新紀錄，顯示其應用潛力。在光催化應用方面，他分享了二氧化碳還原與氫能演化的最新進展。研究顯示，藉由在無水條件下利用鈣鈦礦奈米晶與 BiVO4 建構 S-型異質結，可有效提升 CO₂ 還原反應效率。此外，團隊也透過無溶劑球磨合成方法，開發出耐水性更高的錫基擬鹵素鈣鈦礦，進一步拓展其光催化應用的可行性。

產業意涵與未來展望

刁教授的研究不僅展現出錫基鈣鈦礦電池在環保與高效能之間的平衡探索，也呼應了全球淨零碳排的能源轉型需求。他指出，未來的挑戰在於如何兼顧大面積製程的穩定性與成本控制，並強調跨領域合作的重要性。鈣鈦礦材料在太陽能電池與光催化能源轉換的雙軌應用，為台灣在綠能科技上開創新機會。

結語

整體而言，刁維光教授的演講揭示了無鉛鈣鈦礦電池及光催化研究的前沿進展，從材料創新到應用突破，皆展現出未來能源科技的新方向。本場報告不僅凸顯學術研究的深度，也對產業實踐提供具體啟發。