鈣鈦礦太陽能電池是什麼？下一代太陽能技術的突破

鈣鈦礦太陽能電池是什麼？

鈣鈦礦太陽能電池（Perovskite Solar Cell） 是使用具有鈣鈦礦晶體結構的材料作為光吸收層的新型太陽能電池。「鈣鈦礦」並不是一種特定的礦物，而是一類具有 ABX3 晶體結構的材料統稱——最早在 1839 年由俄國礦物學家在烏拉山脈發現天然鈣鈦礦（CaTiO3），因此得名。

用最簡單的方式理解：傳統矽晶太陽能電池使用的是矽（Silicon），鈣鈦礦太陽能電池使用的是一種結構類似天然礦物的人工合成材料。這種材料的神奇之處在於——它可以用非常低的成本製造，而且吸收光線的效率極高。

效率成長速度：太陽能界的奇蹟

鈣鈦礦太陽能電池的轉換效率成長速度，是所有太陽能技術中最驚人的：

短短 15 年，效率從不到 4% 躍升至超過 26%，這在太陽能技術史上前所未見。相比之下，矽晶太陽能電池花了超過 40 年才達到類似的效率水準。

鈣鈦礦的五大優勢

鈣鈦礦面臨的挑戰

儘管前景看好，鈣鈦礦太陽能電池仍有幾個必須克服的技術障礙：

1. 穩定性與耐久性

鈣鈦礦材料對水分、氧氣和紫外線敏感，長期曝露在戶外環境中會降解。目前實驗室壽命約 5,000-10,000 小時，距離矽晶面板 25 年保證壽命仍有差距。不過，封裝技術持續進步，部分廠商已宣稱可達 20 年以上。

2. 大面積製造

實驗室的小面積電池效率很高，但放大到商業面板尺寸（>1 m²）時，效率會明顯下降。均勻塗佈大面積薄膜是一大技術挑戰。

3. 鉛含量

目前效率最高的鈣鈦礦配方含有鉛（Pb），引發環保疑慮。業界正在研發無鉛或低鉛配方（如以錫替代），但效率仍低於含鉛版本。

4. 規模化量產

從實驗室到工廠的「死亡之谷」仍待跨越。需要建立穩定的大規模生產線和品質控制體系。

鈣鈦礦在 BIPV 建築應用的潛力

鈣鈦礦的材料特性使其成為 BIPV（建築整合型太陽光電）的理想候選人：

半透明太陽能窗戶

• 透光率可調整至 30-50%，兼顧採光與發電
• 外觀可調整為不同色調（棕色、灰色、藍色）
• 取代傳統 Low-E 玻璃，同時提供發電功能

柔性建築立面

• 可撓曲特性讓它能貼合曲面建築
• 重量輕，不增加結構負擔
• 可整合在金屬、塑膠等柔性基材上

室內光電應用

• 弱光表現佳，適合室內環境
• 可為物聯網感測器、智慧建築設備供電
• 開啟「建築內部也能發電」的新可能

台灣的鈣鈦礦發展

台灣在鈣鈦礦太陽能領域有積極的布局：

首座 P-BIPV 示範屋

台灣團隊打造了全球首座鈣鈦礦建築整合光電（P-BIPV）示範屋，將鈣鈦礦太陽能電池整合為建築屋頂與外牆材料。這座示範屋在 2025 年日本智慧能源展（Smart Energy Week） 亮相，獲得國際關注。

台灣鈣鈦礦研究與產業聯盟

由產官學界共同組成，目標是：

• 推動鈣鈦礦技術從實驗室走向商業化
• 建立台灣本土供應鏈
• 制定鈣鈦礦 BIPV 產品標準與認證機制
• 連結國際合作夥伴

學術研究能量

台灣的大學和研究機構（如中研院、工研院、台大、清大）在鈣鈦礦材料研究方面具有國際水準，多篇論文發表在頂級期刊。

鈣鈦礦/矽疊層電池：突破效率天花板

最令人興奮的技術發展是鈣鈦礦/矽疊層太陽能電池（Perovskite-Silicon Tandem Cell）：

• 將鈣鈦礦電池疊在矽晶電池上方
• 鈣鈦礦吸收高能量光子（藍光、紫外光），矽吸收低能量光子（紅光、紅外光）
• 兩層互補，突破單層電池的理論效率極限
• 目前實驗室效率已達 33.9%，超越矽晶單結理論極限（~29.4%）
• LONGi、Oxford PV 等廠商已進入量產階段

商業化時程預估

資料來源

• NREL — Best Research-Cell Efficiency Chart
• 台灣鈣鈦礦研究與產業聯盟
• PV Magazine — Perovskite Solar Cell News
• Oxford PV — Perovskite-Silicon Tandem Technology
• SSDC 澄毓 — BIPV 光電建築

延伸閱讀

BIPV 建築整合型太陽光電的完整介紹，#28 是建議的前導閱讀。儲能系統如何搭配太陽能使用，#30 有詳細說明。屋頂光電強制法的政策分析，#67 提供了法規面的解讀。2050 年建築的技術願景，#102 描繪了包括新型光電的未來可能。