前瞻技術脈動：能源技術（202507）
科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2025年3月14日
圖、前瞻技術脈動：能源技術（202507）
提高鈣鈦礦/有機太陽能電池效率的策略
基於鈣鈦礦材料的有機太陽能電池比基於傳統矽的傳統太陽能電池設計表現出多種優勢，包括更低的製造成本、更大的靈活性和可調諧性。雖然鈣鈦礦/有機串聯太陽能電池理論上可以實現高能量轉換效率(PCE)和穩定性，但其性能受到相分離過程的阻礙。這個過程會降低寬頻隙鈣鈦礦電池的性能，進而對串聯太陽能電池互連層的複合過程產生不利影響。蘇州大學蘇州新半導體光電材料與裝置重點實驗室的研究人員最近設計了一種抑制寬頻隙鈣鈦礦相分離的策略，從而提高鈣鈦礦/有機串聯電池的性能和穩定性。然而，寬帶隙鈣鈦礦中源自鹵素空位輔助離子遷移的鹵化物相分離限制了裝置的效率和壽命。我們在碘化物/溴化物混合鹵化物鈣鈦礦中摻入了偽鹵硫氰酸根(SCN)離子，並顯示它們增強了結晶和減少晶界。將偽鹵素硫氰酸根離子引入碘/溴混合鹵化物鈣鈦礦中可以防止鹵化物元素在太陽能電池內部分離。硫氰酸鹽最終減緩了結晶，防止離子遷移，從而促進太陽能電池中電荷的移動。這些效應可以延遲運行中的鹵化物相分離，並減少寬帶隙鈣鈦礦電池的能量損失。
參考資料：A strategy to boost the efficiency of perovskite/organic solar cells. TechXplore. 2024/04/28.
科學家們正在用一種不同的化學方法來改變鋰的萃取
鹽水與硬岩礦物的提取方法難以滿足鋰的高需求市場，而低溫機械化學提取鋰(MELLT)提供了一種創新的解決方案，可有效提升美國的鋰供應。
美國能源部艾姆斯國家實驗室(Ames National Laboratory)領導的關鍵材料創新(CMI)中心的科學家們正在使用一種稱為機械化學的化學子學科，該學科利用機械力攪動、翻滾和反應，徹底改變了對化學反應的傳統理解。他們的新工藝——低溫機械化學提取鋰(MELLT)是一種創造性的解決方案，可以增加美國鋰的供應並使其多樣化。含有鋰的主要硬岩礦物稱為鋰輝石。兩種來源都需要不同的萃取方法。這兩種方法都對鋰的高需求市場提出了挑戰；鹽水的生產時間太長（12-24 個月），硬岩礦物開採消耗太多能源。此外，鹽水在加工的各個階段都需要大量的淡水，而直接礦物提取會產生有毒的副產品。Hlova 的團隊開發了 MELLT。在球磨過程中，將固體鋰輝石塊和固體化學反應物（如碳酸鈉(Na 2 CO 3 )）放入裝有鋼球的腔室中。腔室以不同的方式移動，在材料之間產生快速、重複的剪切應力和衝擊應力。反覆的壓力最終會導致化學物質內形成高能量狀態，導致它們相互反應。這些反應產生水溶性鋰化合物。這些鋰化合物透過水洗從最終產品中提取出來。
參考資料：Scientists are shaking up lithium extraction with a different kind of chemistry. TechXplore. 2024/04/27.
科學家開發出一種可彎曲且可浸泡在水中的太陽能電池
研究人員正致力於利用有機光伏技術開發可穿戴電子設備，使其能緊密整合至服裝中，用於醫療監測等應用。然而，實現防水性同時保持柔韌性仍是一大挑戰。為此，可透過將銀電極直接沉積於活性層上，並經熱退火處理形成電洞傳輸層，以增強活性層與陽極的黏著力，從而製造出兼具防水性與高柔韌性的有機光伏電池。
由RIKEN Center for Emergent Matter Science研究團隊發表於《Nature Communications》期刊的研究成果指出，該團隊開發了一種柔韌且防水的有機光伏(photovoltaic)薄膜，為太陽能電池技術的一項突破。該薄膜使太陽能電池能緊密整合至服裝中，即使在水和機械應力(mechanical stress)的作用下仍然保持功能。研究團隊利用直接將陽極層沉積到活性層上的創新方法，增強了黏著力和柔韌性。測試結果顯示，在水中浸泡四小時後，該薄膜的性能仍可保持89％，並在經歷水中拉伸300次後仍保持了96％的性能，最後在經歷洗衣機測試後仍可保持性能。研究團隊計劃進一步增強這些超薄有機太陽能電池的穩定性，以便在可穿戴設備中實際應用。
參考資料：Scientists Have Developed a Solar Cell You Can Bend and Soak in Water. SciTechDaily. 2024/04/29.
垃圾掩埋場排放的甲烷可以透過等離子體驅動製程轉化為可持續的噴射燃料
垃圾掩埋場是溫室氣體（主要為 CO₂ 和甲烷）的重要來源。為此，研究人員開發了一種等離子體化學技術，可將掩埋場排放的甲烷轉化為可持續的噴氣燃料，實現資源再利用並減少排放。
「在全球範圍內，垃圾掩埋場是溫室氣體的主要排放者，主要是 CO 2和甲烷的混合物。我們開發了一種工藝，可以將這些氣體轉化為燃料，針對航空等難以電氣化的行業。全球垃圾掩埋場每年排放1000-2000萬噸溫室氣體，這一數字與全球能源部門的排放量相當。該過程將透過從垃圾掩埋場（稱為甲烷井）提取甲烷來進行，該垃圾掩埋場使用類似豎井的機構來提取氣體。非熱等離子體是一種電力驅動技術，可在低溫和大氣壓力下激發氣體。本質上，這意味著這種方法透過在形成氣體中誘導等離子體放電，促進氣體轉化為增值產品該過程不需要熱量或壓力，這意味著它需要更少的能量，使其與可再生能源高度相容。(1743字；圖1)
參考資料：Methane emissions from landfill could be turned into sustainable jet fuel with plasma-driven process. TechXplore. 2024/05/02.
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