地表到太空新能源爭霸 鈣鈦礦電池揭密

面對如今中東戰火越演越烈，美、伊交戰雙方對於荷莫茲海峽等輸油航道、港口已升級為互相封鎖，加劇國際油價大幅波動。過去往往成為推動潔淨能源產業發展的動力。但由於傳統矽晶（c-Si）太陽能電池的轉換效率低，正受到可安裝發電系統的場地不足與紅色供應鏈挑戰。

鈣鈦礦可控能隙提高彈性

反觀「鈣鈦礦（PSCs）」，則憑藉超薄柔性、高光電轉換效率>34%，以及低成本、環境適應力等優勢。基於太陽光為不同波長及能量的光子所組成的連續光譜，太陽能電池的核心工作，便是利用半導體材料吸收光子，將光能轉化為電子的流動。

但每種半導體材料都有一個「能隙」（band gap），只有能量高於這道門檻的光子，可被有效利用。能量不足的光子，將會直接穿透而浪費；即使能量過高的光子能跨過門檻，多餘的部分也可能會變成廢熱逸散。

長庚大學化工與材料工程學系教授李坤穆表示，由於鈣鈦礦的晶體結構材料組成簡單，可調控改變能隙及吸收的光譜波段，不像矽晶的能隙固定，進而利用高吸光係數、厚度<1mm、製程溫度低等優勢。不同應用場景「量身打造」最佳能隙，代表材料用量極少、成本低廉，也是鈣鈦礦能如輕薄的根本原因。

圖一 : 長庚大學化工與材料工程學系教授李坤穆（攝影／陳念舜）

且鈣鈦礦真正的殺手?還有「堆疊技術」，即是單獨使用鈣鈦礦或矽晶電池的效率上限相當。惟若將兩者疊加互補不足，就像用兩張不同孔徑的網子撈魚，分別捕獲更多不同波段光譜的能量，使整體效率能突破30%以上，實現了對太陽光譜的「榨乾式」利用，有效降低土地使用與材料成本。

矽晶—鈣鈦礦堆疊電池如今在實驗室效率已突破33.9%，Oxford PV更推出了24.5%商業化模組。預估最終型態的全鈣鈦礦堆疊電池（2T Monolithic）將採全低溫、柔性製程，理論效率~30%、比功率＞10W/g。

因為鈣鈦礦電池可透過低溫溶液塗布製造，生產過程更節能，而且原料廉價、取得容易，可快速大面積生產，導入農業光電、建築與車輛、太空應用、室內物聯網、穿戴裝置等領域。李坤穆同時強調鈣鈦礦的戰略定位，並非要在紅海市場取代矽晶，而是創造矽晶無法觸及的藍海市場，與不同裝置整合，解鎖全新的商業生態系。

圖二 : 李坤穆強調鈣鈦礦的戰略定位，在於創造矽晶無法觸及的藍海市場，與不同裝置整合，解鎖全新的商業生態系。（攝影／陳念舜）

低軌衛星、太空資料中心爭霸

此外，目前還要加上大國正競相擴大在太空中部署低軌衛星，甚至是布局未來軌道AI資料中心的願景，能源戰場已從地表推向星空爭霸，都需要大量、輕便、可靠的電力來源。甚至有消息傳出SpaceX創辦人馬斯克（Elon Musk）的團隊已經密訪兩岸太陽能業者，為太空AI供應鏈尋找合作夥伴。

鈣鈦礦電池因為適用於極端環境，完美契合太空中無氧氣、水氣等環境；加上具備極高抗輻射性，對於高能宇宙射線（質子、電子）具備極高的耐受力，輻射後自我修復機制（Self-Healing）甚至能自動修復晶格損傷，將大幅降低發射重量與成本，被譽為太空電源的新解方。

個人簡介

姓名：李坤穆 博士

職稱：長庚大學化工與材料工程學系教授兼任永續長及永續與能源科技研究中心主任

李坤穆博士現任長庚大學化工與材料工程學系教授，兼任永續長及永續與能源科技研究中心主任，至今已發表超過150篇SCI國際論文，在能源材料領域具有高度影響力。

更難得的是還擁有深厚的產學研合作經驗，曾任職於工業技術研究院，現亦擔任量測中心公正性維護委員會主席及台灣電子材料與元件協會理事，研究核心聚焦於鈣鈦礦材料結晶控制、新型光伏電池與模組、電池穩定性分析及儲能系統開發等。