3天前讀畢需時 6 分鐘

[2024太陽光電技術論壇] 風起雲湧的第三代太陽能競賽

隨著科技不斷進步，顯示器技術和太陽能技術都曾經面臨著物理極限的挑戰。在歷史上，顯示器產業從CRT（陰極射線管）顯示器，到TFT-LCD（薄膜電晶體液晶顯示器）、OLED（有機發光二極體）等技術，每一個階段都經歷了物理極限的衝擊，最終促使技術創新和應用場景的擴展。類似地，太陽能技術也正面臨第一代矽基太陽能的物理極限挑戰，未來的發展將走向取代創新和應用創新的歷史軌跡，特別是以鈣鈦礦為代表的第三代太陽能技術，正如顯示器技術的演變一樣，將成為新的突破口。

顯示器技術的發展歷程：從物理極限到應用創新

顯示器技術的歷史發展過程表現了技術創新與應用創新的雙重推動力。1964年東京奧運會首次使用衛星技術進行全球直播，全球觀眾首次透過CRT技術從電視實況看到體育競賽, 從此揭開CRT 顯示器數十年的黃金時代。到1990年代CRT技術達到物理極限，無法繼續擴展尺寸，顯示器行業經歷了巨大變革。當時的CRT顯示器最大可以做到45吋，但受限於重量和尺寸，它們無法突破其物理限制，顯示器的轉型成為必然。隨著電漿顯示技術（PDP）的出現，人們一度期待可以製作更大尺寸的顯示器，但等電漿顯示技術又受限於其無法縮小的特性。最終，TFT-LCD技術登場，改變了顯示器的應用場景，並推動顯示器進入多樣化應用時代。

2008年，蘋果推出了劃時代的iPhone，將顯示技術推向手持設備的應用創新領域。從桌面顯示器到牆上掛載的電視，再到手持裝置，顯示器技術的突破主要來自於兩大要素：一是技術的物理極限，二是應用創新的需求。技術的進步使得顯示器不再僅限於桌面設備，而是推動了手機、筆記本電腦和智能設備的誕生。

值得注意的是，顯示技術的每一次突破都伴隨著技術創新與應用創新的雙重推動。顯示器技術從CRT到TFT、LCD，再到OLED和Micro LED，背後的驅動力不僅僅是技術的進步，更是應用場景的創新需求。這種技術與應用的演進，形成了一個從物理極限到應用創新的典型路徑，為其他技術領域的發展提供了寶貴的經驗。

2024 10.02 太陽光電技術論壇: 陳來助, 臺灣鈣鈦礦研發及產業聯盟理事長

太陽能技術的物理極限與鈣鈦礦的創新機會

類似於顯示器技術，太陽能技術也面臨著物理極限的挑戰。第一代矽基太陽能電池經歷了數十年的發展，已經達到了較高的轉換效率，並且成為全球光伏發電的主流技術。然而，隨著光伏行業的持續發展，矽基太陽能技術正接近其物理極限，效率提升空間逐漸縮小，難以進一步突破。這一技術瓶頸促使人們開始尋求新的技術創新路徑，而鈣鈦礦太陽能技術正是在這一背景下應運而生。鈣鈦礦作為第三代太陽能技術，具有更高的轉換效率和更低的製造成本。自2009年被發現以來，鈣鈦礦技術迅速發展，並逐漸進入商業化應用階段。

2024 10.02 太陽光電技術論壇: 陳來助, 臺灣鈣鈦礦研發及產業聯盟理事長演講內容

太陽能技術面臨的物理極限與碳中和背景下的機會

顯示器技術的發展歷程顯示，當一項技術達到物理極限時，往往會產生兩個路徑：取代創新和應用創新。太陽能技術的發展也將遵循這一規律。鈣鈦礦技術的出現，為太陽能行業帶來了巨大的創新潛力，這種潛力不僅限於技術層面的取代創新，還包括應用場景的全面創新。

取代創新指的是鈣鈦礦技術將逐步取代晶矽太陽能技術，特別是在建築一體化光伏（BIPV）、汽車光伏（VIPV）和農業應用中，特別是在低碳建築和自供電系統中具有巨大的潛力。應用創新則是鈣鈦礦技術最大的發展機會。隨著第三代太陽能技術的成熟，鈣鈦礦將不僅限於傳統的光伏電廠，還將進一步進入太空、智慧城市和物聯網（IoT）等高端應用領域。未來的鈣鈦礦技術將具備更高的靈活性，並且可以應用於更加多樣化的場景，如發電窗戶、可穿戴設備、自供電智能設備等。全球淨零轉型和碳中和的推動，更進一步加速了鈣鈦礦技術的發展。在全球氣候變化的壓力下，各國政府和企業都在加速採取措施，減少碳排放。特別是在歐盟、中國等地，制定了2050年達成碳中和的目標，以及碳邊境調整機制（CBAM）等政策，這些政策要求能源供應必須實現清潔、可持續，這為鈣鈦礦等新型技術帶來了前所未有的機會。

碳中和與鈣鈦礦技術的發展

鈣鈦礦技術的發展不僅僅是為了解決第一代太陽能的物理極限，還肩負著推動碳中和目標的重任。根據MIT技術評論的報告，鈣鈦礦與矽基太陽能的疊層技術是「超高效太陽能電池」的代表之一，其潛在的應用包括低碳建築、綠色城市和零碳能源供應，這些技術將在全球減碳過程中扮演關鍵角色。

鈣鈦礦的優勢在於其材料結構具有高度的靈活性，能夠適應各種複雜的應用場景，如建築外牆、車頂光伏、透明發電窗戶等。這些創新應用不僅有助於減少能源消耗，還能幫助達成「零碳建築」的目標。歐盟已經通過法規，要求2030年所有新建築必須達到零碳排放，這為鈣鈦礦技術帶來了巨大的市場需求。

此外，鈣鈦礦技術的自供電應用，如智慧公交系統、低碳顯示器和物聯網（IoT）設備，將進一步推動城市向智慧能源轉型。在這樣的系統中，鈣鈦礦可以為低功耗設備提供可持續的能源來源，減少碳足跡，並促進能源使用的自動化與智能化。

碳中和背景下的產線發展與應用場景

鈣鈦礦技術的產線發展也顯示出其應用範圍的擴展，隨著基板尺寸和製造技術的進步，鈣鈦礦技術正在從小規模的自供電應用，擴展到大規模的建築光伏和太陽能電廠。未來的產線發展可以劃分為五代，從早期的小型基板應用（如發電窗戶、智慧城市設備）到柔性基板的大型應用（如建築外牆、車頂光伏、太空發電等）。

一代與二代產線主要集中於小型基板，應用於智慧公交站、電子標籤等弱光發電場景。三代與四代產線則擴展至更大規模的基板，適用於BIPV、VIPV等大型應用。五代產線引入柔性基板技術，適用於建築外牆、車輛光伏和太空應用，這些應用將是未來十年鈣鈦礦技術的主要增長點。

鈣鈦礦技術的未來發展路徑

根據鈣鈦礦技術的發展歷程，我們可以將其分為三個十年階段：

2010年至2020年：技術研發與效率提升階段鈣鈦礦技術的早期發展主要集中在技術的穩定性和效率提升上。這一階段的重點是如何將實驗室中的技術成果推向商業化應用，並解決材料的穩定性問題。
2020年至2030年：應用創新與量產階段2020年被認為是鈣鈦礦技術的量產元年，技術逐漸成熟並進入大規模應用。這一階段將重點放在應用創新上，特別是在建築、汽車和農業領域，鈣鈦礦技術將展現出巨大的潛力。
2030年至2040年：爆發式成長與全面應用階段未來十年內，鈣鈦礦技術將進入全面爆發階段，特別是在高端應用領域，如智慧城市、物聯網和太空應用中，鈣鈦礦技術將成為能源轉型的重要技術支柱。

2024年智慧能源週雖然受到颱風影響, 展期活動一再延期, 不過今年有一個值得記載的新趨勢就是首次在能源展有8 家公司展出包含鈣鈦礦/矽晶疊層電池, 鈣鈦礦單節模組, 材料, 設備及廠務等供應鏈。代表台灣鈣鈦礦太陽能產業正式啟動! 特別是透過臺灣鈣鈦礦產業研發聯盟 (TPRIA) 會員攜手本土供應鏈完成試產線(水星二號線), 由台鈣科展出全台灣第一片大尺寸鈣鈦礦/矽晶疊層太陽能具有產業發展特別意義。

結語

顯示器技術的發展告訴我們，當技術達到物理極限時，創新往往來自於取代創新與應用創新的雙重推動。鈣鈦礦技術作為第三代太陽能技術，正在接近這一關鍵轉折點。隨著第一代矽基太陽能技術逐漸達到物理極限，鈣鈦礦將引領太陽能行業走向新的高度，不僅僅是在技術層面上取代現有技術，更將通過應用創新開創全新的能源未來。