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「開發新替代能源,節約資源流失」的綠色科技研究
第136期-「開發新替代能源,節約資源流失」的綠色科技研究

「開發新替代能源,節約資源流失」的綠色科技研究

綠色科技研究中心 李穎昌博士

近年來,由於環境污染問題、日本福島核災以及近來異常之氣候,更喚醒民眾對能源取得及相伴隨的污染密切關連性之關注。為實現人類永續發展的共識,各個科學技術領域均投入研究如何提高資源和能源的利用率,並提升生產效率以節約資源用度。 本校於 2007 年成立綠色科技研究中心,以進行相關的研究,以下說明本中心去年及今年上半年之研究成果與展望。

太陽能電池組:過去三年進行 CIGS 太陽能電池之製程材料製備、製程設備開發、製程設計與量測技術之建立。本中心長期以來與天津南開大學合作,研發改良製程及製作技術,發展出創新量子點堆疊型軟板太陽能電池 。在 CIGS 粉體製作、低溫製程研製、可撓曲基板製程及低照明應用設計等各面向,建立了未來的關鍵技術。目前進行研製 CIGS 四元素奈米粉末、分散劑溶劑製作及超音波塗佈技術,並探討低真空硒(硫)化流程。此外,我們持續與南亞塑膠研發中心合作,開發軟性塑膠基板製作 CIGS 太陽能電池的技術,另一方面亦著手於發展超音波塗佈奈米粉末與建築屋頂和牆壁建材的整合;相信未來應有機會可產出具經濟可行性之商業產品。

照明科技組:目前著重於 GaN 的磊晶與光電元件特性研究,設計重點在使用陣列型 LED,減緩傳統平面型 InGaN LED 常出現的電流擁擠現象(current crowding effect),因此研製的元件(6 ´ 6 LED matrix)其最小發光體的尺寸為 145 ´ 140 µm2,且各元件間為並聯架構,有別於串接型元件(linear cascade LED array),該策略的優點是避免單一元素開路後造成整體光源失效的結果,因此極適合於照明中使用;未來將嘗試開發 micro-LED array,並提高可見光 LED 通訊系統的資料傳輸頻寬與距離。此外,數年前添購時間解析光激光頻,利用此設備來探究 InGaN LED 的發光現象,本組在 LED Droop 機制之研究成果,與 UCSB 同被 COMPOUND SEMICONDUCTOR 報導,年初被諾貝爾物理獎(專長為LED研究)得主引用。除了白光照明之外,本組現已著手進行 UV LED 之生產與封裝研究,UV LED 可應用在生化檢測、高密度光儲存以及無線傳輸等用途,可以說是一個具有發展潛力的元件。另外,在近期逐漸受到重視的功率元件方面, 也研製出 GaN SBD 元件及 HEMT 以滿足高速(switching speed~ 1 MHz)、高功率切換式電源供應器之需求,在電動車用功率元件上,將有很大的應用空間。

智慧能源管理組:近期朝向研發智慧電網與智慧住宅布局,為加強不同網路間的互通性,滿足 SEP 2 標準的要求,在 ZigBee 無線感測網路部份將研究如何採用 ZigBee IP 標準元件來整合系統,因 ZigBee IP 提供了網路傳輸層(Transport Layer)與資料鏈結層(Data Link Layer)的資料加密之安全功能,同時採用 IPv6 協定,以便將來能順利與物聯網相關設備整合連結。此外,持續研究如何整合電力線通訊與不同家電控制協定,如 BACnet及SAANet,也是目前努力的目標。在智慧住宅的研究上,目前的雛形系統已能連結到網際網路, 便可利用手機透過 Internet 來進行家電或照明監控。

可攜式能源組:主要是研發可攜式能源系統的關鍵能源材料與元件,作為個人或醫療用之直流電源,朝向短小輕薄的電池為目標。該組成立於 2014 年,雖為剛起步,但也獲得了一些研發成果,目前研究專注於直接甲醇燃料電池(Direct methanol fuel cell, DMFC),在 DMFC 研究上,DMFC 一直有低氧化效率,甲醇穿隧(methanol permeability)等影響效益的困境;杜邦的 Nafion 為主的酸性系統,也有甲醇穿隧的問題(methanol permeability 為 10-6 cm2/s),該組已開發出更薄、甲醇滲透率低一個 數量級的電解質膜,所開發的鹼性電池的性能已超越 Nafion 的酸性電池,深具潛力。事實上幾年前南亞 PCB 廠有意進行 DMFC 的模組設計,目前仍在等待市場成熟度,將持續接洽其意向。未來將聚焦於醫院或照護的面向,爭取多方位應用的契機,包括醫療與照護用的可攜式電源元件開發,將與相關醫療人員溝通瞭解規格,做為研發方向之參考。

綠色科技的推動,不僅在科學技術的突破,現有資源的節約及生產過程中降低汙染也非常重要。希望能藉由宣導鼓勵企業採用綠色科技,以及大眾生活中對資源的節約及回收再利用等;藉由各面向逐一改善,人類永續生存與發展方能實現。

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