[新聞] 永續能源的開發研究成果與展望 - 生態環境討論

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作者: Jack0 (知母、念恩、報恩) 看板: Gossiping
標題: [新聞] 永續能源的開發研究成果與展望
時間: Wed Nov 15 14:45:19 2006

【邁向頂尖大學計畫】


永續能源的開發研究成果與展望


全球關注的重大議題—「永續能源」發展

　「如果利用地表陸地的1%的面積來截取太陽能，再假設太陽能的轉換率是10%的話，
其所產生的瓦數，將是相等於我們目前全世界能源消耗量的兩倍。」

　上述科學研究的精算結果，明確指出發展永續能源的重要性與高度應用價值。臺大化
學系周必泰教授專精於永續能源研究，積極推動「邁向頂尖大學—永續能源的開發研究成
果與展望」研究計畫，並投入新一代太陽能電池之研發，以期在「永續能源」這項全球關
注的重大議題上，開創更多的應用可能並提升其效率。

　周必泰教授將「永續能源」簡單定義為：任何能取代石化能源的能量來源，這些非石
化能源能夠在不浪費地球資源下生生不息的被利用，並應免於製造污染，達到綠色化學的
目標。例如，近來非常熱門的生化燃料即是其中之ㄧ，利用種植快速生長的植物如玉米、
向日葵、甘蔗等來淬取酒精衍生物做為替代能源，而此類研究在巴西已有相當傑出的成
效。

近年來，世界各國如火如荼展開永續能源的發展，以契合當前的能源需求，並藉以控
制二 氧化碳(CO2)放射量，然而，目前的研發成果要達到綠色地球的目標仍言之過早。

臺大化學系周必泰教授（右）於實驗室中聚精會神指導研究生。
http://www.ntu.edu.tw/chinese2006/spotlight/image/061115_1.jpg

　 美國能源部曾經做過一項非常深入的能源需求調查結果顯示，到了2050年時能源需求
量將成長兩倍，至本世紀末更將成長為三倍，全球能源需求十分驚人，且其成長速率遠高
於目前全世界永續能源的成長幅度。

周必泰教授將「永續能源」簡單定義為：任何能取代石化能源的能量來源，這些非石
化能源能夠在不浪費地球資源下生生不息的被利用，並應免於製造污染，達到綠色化學的
目標。例如，近來非常熱門的生化燃料即是其中之ㄧ，利用種植快速生長的植物如玉米、
向日葵、甘蔗等來淬取酒精衍生物做為替代能源，而此類研究在巴西已有相當傑出的成效
。

　在各類永續能源的研發領域中，普遍認為太陽光源是最充裕、最為永續並且值得信賴
的能源，同時，也是地狹人稠的台灣最能夠接受的非石化能源開發模式。臺大研究團隊深
諳太陽能利用價值的無遠弗屆，自過去數年以來，已著手擬定尖端且深具開創性的遠程永
續能源計畫。經過臺灣大學跨領域學者間的密切整合及腦力激盪，在化學系周必泰教授主
導下，已形成卓越的研發團隊，並且激發出相當傑出的初步成果。

　臺大研究團隊致力於創造、研發分子材料，並期待這些分子材料在結合奈米科技後，
能夠在太陽能電池轉換效率上，更有效率地轉換太陽能為化學能，並模擬自然創造出的聰
穎分子(例如葉綠素)，以確實達成轉換太陽能的功效。這類模仿自然的研究宛如光合作用一
般，若能研發成功，將可達成無熱能消耗的百分之百轉換率。此外，研發團隊亦期待未來
能夠合成出新分子材料，以備轉換能源的儲存。


　　太陽能電池新突破 --「染料光敏化太陽能電池」

周必泰教授所帶領的研發團隊，在永續能源研發方面已有階段性成果，其中「染料光
敏化太陽能電池」的研究成果相當具有代表性。染料光敏化太陽能電池為自傳統半導體矽
晶型太陽能電池發展以來，最具競爭力的新一代電池，其最大優點為製造簡單、價格低廉
，並且在適當利用固態高分子導電體下，深具可撓性及攜帶性。未來發展電子報紙、超薄
電子器具時，其重要性與優點非一般矽晶型太陽能電池所能取代。

　「染料光敏化太陽能電池」的運作基理，首先，具碳酸基的釕(Ru)錯化合物可有效地與
奈米級的二氧化鈦(TiO2)產生共價化學鍵而結合。理論上，上述釕錯化合物可以吸收太陽
光的可見光部分，當釕錯化合物吸光後，電子即躍遷到所謂的「激發態」，使其原本的基
態少了一個電子，俗稱為電洞。呈現激發態的電子，隨即快速的移動到二氧化鈦的傳導層
，此時若電子在尚未與電洞重新結合以前，經由外電路輸出到達陰極，再由電解質的傳遞
，讓電子在內電路和釕錯化合物基態所形成的電洞結合，整個系統即形成迴路，那麼外電
路的電子即產生可茲利用的電流，形成一個太陽能電池的雛型。

　 然而，上述的理想太陽能電池，實際上卻非如此理想，因為電子的電洞有可能在前述
結合途徑外的任何一個環節相結合，產生無法被利用的熱，降低整體轉換效率，導致能源
浪費。基於上述原因，雖然自1991年以來，太陽能電池的相關研究如雨後春筍般迅速發展
，但與其相對的研發進程，卻是不成比例的緩慢。

針對上述缺失，周必泰教授所帶領的臺大化學系研發團隊大膽創新，投入未來深具前
景之永續能源研究，並藉以跳脫現有專利之侷限，期冀能發展新一代材料，以取代原本的
釕錯合物衍生物，並且設計、合成出一系列新的釕錯合物衍生物以及奈米基材染料。依據
不同材料特性，臺大研發團隊已開發出無機金屬錯合物類型之光敏化電池，以及以奈米材
料為基底的太陽能電池，成功突破太陽能電池舊有的侷限。

實驗結果顯示，目前已研發成功的新一代太陽能電池染料「錯合物-1」，太陽能轉換
率高達6.0%左右，以「錯合物-1」所衍生的光敏化電池，將能做得更薄，使得電子電洞的
分離將更有效率，並且具有非常理想的光穩定性，深具開發潛力。

以新一代太陽能電池染料「錯合物-1」所衍生的染料光敏化太陽能電池，除更為輕巧，效
率亦將大為提昇。http://www.ntu.edu.tw/chinese2006/spotlight/image/061115_2.jpg
上圖為 「錯合物-1」的化學結構。

　此外，臺大研發團隊亦以奈米材料為基底，製造光敏化太陽能電池。研發團隊開發出
的「NANO-1」新基材，在太陽能電池的應用上可以增加電子的傳輸效率。這種結合半導體
與有機材料的奈米複合物，未來在永續能源的應用上具有相當高的應用價值。

　在邁向頂尖大學計畫經費的挹注下，周必泰教授所帶領之研究團隊，更將設立化學相
關的製程及測試中心，以求全面提昇研究團隊之研發成果，使臺大在一定時間內，於永續
能源領域的發展達到國際頂尖水準！


【資料提供：臺大秘書室】
http://www.ntu.edu.tw/chinese2006/spotlight/spotlight.htm
http://www.ntu.edu.tw/chinese2006/spotlight/061115_2.htm

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生氣並沒有傷害別人，卻先傷害了自己。

－－ 達賴喇嘛

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