近日，中央研究院院長廖俊智宣布，該院研究團隊成功研發出光－電轉換效率超過31%的次世代太陽能電池，這一突破性成果標誌著太陽能技術的重大進展，較市面上現有的最新太陽能電池產品提升了三成以上，為未來太陽能發電裝置的升級奠定基礎。這項技術的應用將不僅提高太陽光發電量，還能在不增加土地使用面積的情況下助力實現淨零排放的目標。
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何為光－電轉換效率？
光－電轉換效率（光伏效率）是衡量太陽能電池將陽光轉換成電能的能力。該效率越高，意味著同樣面積的太陽能板能夠產生更多的電力。在傳統的矽基太陽能電池中，光－電轉換效率大約為22%至24%，這已經是目前市面上的最高水平。但這一數字的上限在現有技術下非常難突破，因此，太陽能技術的發展已經轉向更多接面和堆疊式的技術方向。
研究突破：疊層式鈣鈦礦/矽基太陽能電池
中研院的突破來自於疊層式太陽能電池技術。這種技術將兩種不同特性的材料—鈣鈦礦和矽—進行堆疊。鈣鈦礦材料位於上層，能夠吸收矽基材料無法吸收的光子，而下層的矽基材料則吸收其餘的光子，從而提高整體的光－電轉換效率。這一技術成功突破了傳統矽基太陽能電池的效率極限。
中研院的研究團隊經過兩年努力，成功製作了小面積的二端點電池元件，並成功將鈣鈦礦薄膜疊層在矽基電池上，突破了光－電轉換效率達到31.5%。儘管目前的成果仍屬小面積元件，但已證明台灣在疊層式太陽能電池技術的自主研發能力，並且擁有商業化應用的潛力。
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優勢與未來展望
目前，市場上最高效率的矽基太陽能電池轉換效率大約為22%至24%，但即便使用現有技術，突破30%幾乎是不可能的。這使得新一代疊層式太陽能電池成為未來太陽能技術的重要方向。研究指出，提高太陽能電池的光－電轉換效率是應對能源需求增加和土地使用壓力的關鍵策略，未來的技術發展將朝向更加高效且土地占用更少的方式前進。
關鍵中心的研究員郭宗枋表示，這項研究已經證明，台灣在該領域擁有實力，並且有望進一步推動太陽能技術的商業化。衛子健教授也指出，鈣鈦礦太陽能電池具備低成本、高效率、易回收等優勢，未來有望成為主要的太陽能材料之一。
進一步了解：太陽能電池的種類
太陽能電池主要分為兩大類：矽半導體和化合物半導體。這些電池各自具有不同的材料特性和應用場景。
- 矽半導體太陽電池
矽半導體太陽能電池包括單晶矽晶圓、多晶矽薄片和非晶矽薄膜三種類型：- 單晶矽晶圓（Single Crystal Silicon）：由於單晶矽原子排列整齊，具有最佳的導電性和轉換效率，在不進行表面處理的情況下能達到13-15%的光－電轉換效率，經過處理後可達到25%。
- 多晶矽薄片（Polycrystalline Silicon）：相比單晶矽，原子排列不如整齊，因此導電性較差，光－電轉換效率一般在11-13%之間，但成本較低。
- 非晶矽薄膜（Amorphous Silicon）：由於原子排列混亂，這種類型的太陽能電池具有較低的轉換效率，約為5-7%，但製作成本最低，常見於低功耗的電子產品。
- 鈣鈦礦太陽能電池（Perovskite Solar Cells, PSCs）
鈣鈦礦太陽能電池使用鈣鈦礦材料作為活性層，具有優異的光吸收和電荷傳輸特性。與傳統矽基電池相比，鈣鈦礦電池不僅具有較高的光－電轉換效率，還能以較低的成本生產，因此在全球範圍內受到廣泛關注。鈣鈦礦材料具有可調節的帶隙，能夠有效吸收不同波長的光，從而提高電池效率。 - 疊層太陽能電池（Tandem Solar Cells）
疊層太陽能電池由多層不同材料組成，這些材料能夠吸收不同波長的光，從而提高整體效率。鈣鈦礦材料特別適合與矽基材料疊層，形成高效率的光伏元件，鈣鈦礦-矽疊層太陽能電池的效率已經超過33%。
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持續的挑戰與未來的發展
儘管鈣鈦礦太陽能電池在效率和成本方面具有巨大潛力，但仍面臨挑戰。最主要的問題包括材料穩定性差，特別是在濕度、熱量和紫外線的影響下。此外，鉛基鈣鈦礦材料的毒性也是研究的熱點，這促使科學家尋找無鉛替代材料，如錫基鈣鈦礦等。
隨著這些問題的逐步解決，鈣鈦礦太陽能電池有望在未來成為光伏技術中的重要一環，對於可再生能源的發展與應用起到關鍵作用。
結論
中研院這項31%高效太陽能電池的突破為太陽能技術的未來開啟了新局面。隨著新技術的商業化，我們有理由相信，未來太陽能將成為一個更加高效且可持續的能源選擇，並且在解決全球能源需求和環境問題方面發揮關鍵作用。