[歐盟CitySolar計畫] 透明太陽能電池新突破：摩天大樓轉型為再生能源發電站的創新之路

透明太陽能電池的技術突破

隨著全球能源需求的持續攀升以及對氣候變遷日益嚴峻的關切，尋找永續能源解決方案已成為當務之急。尤其在人口稠密的都市環境中，建築物消耗了大量的能源，因此，將建築本身轉變為能源生產者，成為一種極具吸引力的策略。透明太陽能電池技術正是在這樣的背景下應運而生，它提供了一種創新的途徑，可以直接將建築物的外觀材料，例如玻璃，轉化為太陽能收集器。這項技術對於擁有廣闊玻璃表面的現代摩天大樓而言，尤其具有革命性的潛力，使其有望從單純的能源消耗者轉變為區域性的再生能源發電站。本報告旨在深入探討透明太陽能電池的技術突破、在建築整合方面的應用、市場潛力、以及其在實現全球和歐洲建築部門脫碳目標中的作用。同時，報告也將分析目前該技術所面臨的挑戰以及未來的發展方向，以期為建築、能源及政策領域的專業人士提供一個全面的理解。

效率與透明度的平衡：CitySolar計畫的啟示

開發透明太陽能電池的核心挑戰在於如何有效地平衡光電轉換效率與可見光透過率。傳統的太陽能電池通常是不透明的，因為它們需要吸收盡可能多的光線來產生電力。然而，對於建築應用而言，特別是窗戶和玻璃幕牆，透明度是至關重要的，以確保室內自然採光和視覺舒適度。早期的透明太陽能電池原型往往效率極低，難以滿足實際應用需求。光能轉換的基本原理依賴於光線的吸收。透明的本質是允許光線穿透，這就需要在材料科學和設備設計上進行創新，以選擇性地吸收非可見光或巧妙地管理可見光的透射。

歐盟資助的CitySolar計畫最近取得了一項顯著的突破，其光電轉換效率達到了12.3%，同時保持了約30%的透明度

由歐盟資助的CitySolar計畫最近取得了一項顯著的突破，該計畫的研究團隊開發出了一種結合了鈣鈦礦和有機太陽能電池的串聯太陽能電池，其光電轉換效率達到了12.3%，同時保持了約30%的透明度。多個權威媒體在2025年3月集中報導了這一成果，例如pv magazine、Futuro Prossimo和Independent ，這表明該進展在科學界和可再生能源產業中具有重要的意義。串聯電池結構的採用是實現這一平衡的關鍵策略，它允許設備捕獲不同波長的光譜能量，特別是紅外線和紫外線，而這些波長是人眼不可見的。通過專注於吸收非可見光，太陽能電池可以在不顯著阻礙可見光通過的情況下發電，從而實現了透明性。南丹麥大學的Morten Madsen教授是該計畫的主要研究人員之一，他強調了這項突破對於建築整合能源解決方案的重要性，並指出所使用的鈣鈦礦礦物和碳基有機材料具有成本效益。

先進材料的關鍵作用：鈣鈦礦與有機太陽能電池

在透明太陽能電池的發展中，材料科學的進步扮演著核心角色。鈣鈦礦材料因其潛在高效率和低成本而備受關注，被譽為太陽能領域的「神奇材料」。多篇研究報告都強調了鈣鈦礦卓越的光伏性能、易於溶液處理以及低廉的材料成本。高效能與低成本的結合，使得鈣鈦礦成為大規模生產透明太陽能電池極具潛力的候選材料。除了鈣鈦礦之外，有機太陽能電池也因其潛在的透明性和柔韌性而受到重視。有機光伏（OPV）可以被設計成在發電的同時保持透明。有機材料的柔韌性為透明太陽能電池開闢了更廣泛的應用，例如可以整合到曲面窗戶甚至柔性電子顯示器中。與剛性的矽基電池不同，有機材料可以加工成柔性薄膜，從而可以應用於更多樣化的產品設計和建築形式。

經濟可行性與商業化前景評估

透明太陽能電池的經濟可行性是其能否廣泛應用的關鍵因素。CitySolar計畫中使用的鈣鈦礦和碳基有機材料的潛在低成本，為大規模生產提供了有利條件。Madsen教授特別強調了這些材料的經濟性。市場研究報告預測，透明太陽能電池市場在未來幾年將呈現顯著增長 。各家市場研究公司，如MRFR、Allied Market Research、Valuates Reports和Transparency Market Research，都預計該市場的複合年增長率（CAGR）將非常可觀，到下一個十年，市場估值將達到數十億美元。儘管不同報告的具體數字和時間範圍有所不同，但整體趨勢表明，市場對透明太陽能電池技術的潛力越來越認可，投資者對其未來也越來越有信心。市場預測的顯著增長突顯了人們對透明太陽能電池技術潛力的日益認可以及投資者對其未來日益增長的信心。市場研究公司對行業趨勢、技術進步和經濟因素進行了徹底分析，以預測市場增長。高預計增長率通常表明需求強勁且具有盈利潛力。

轉變建築外觀：建築整合光伏（BIPV）的關鍵應用

透明太陽能電池最引人注目的應用之一是其融入建築結構的能力，即建築整合光伏（BIPV）。這項技術可以將建築物的常見元素，如窗戶、外牆和天窗，轉變為既能作為建築材料又能產生能源的雙功能組件 。眾多研究報告都強調BIPV是透明太陽能電池的主要應用領域，突顯了利用現代建築廣闊玻璃表面進行能源生產的潛力，而無需額外的空間或結構改造。BIPV與透明太陽能電池的結合為建築物實現能源自給自足並減少對外部電網依賴提供了一個獨特的機會。將能源生產直接整合到建築外殼中，可以最大限度地減少能源傳輸損耗，並最大限度地利用可用的表面進行可再生能源收集。

建築設計的美觀性至關重要，而透明太陽能電池能夠在不影響甚至提升建築視覺吸引力的前提下實現能源生產。透明太陽能窗戶可以像普通玻璃一樣工作和外觀，並能與建築設計無縫融合。透明太陽能電池與當代建築的美學兼容性是一個顯著的優勢，它解決了傳統太陽能板常見的一個問題。建築師和業主通常會優先考慮建築物的視覺外觀。透明太陽能電池提供了一種在不損害建築設計原則的情況下融入可再生能源的方法。

目前已有一些透明太陽能電池在建築中應用的案例，例如哥本哈根國際學校、Sainsbury's加油站。台灣中科管理局的零碳綠能屋以及劍橋的未來商業中心。這些實際案例展示了該技術的實際應用。這些案例表明，透明和半透明太陽能電池技術已經被應用於各種建築應用中，儘管其透明度和效率水平各不相同。實際部署提供了關於透明太陽能電池的性能、耐久性和美學影響的寶貴數據，為更廣泛的採用鋪平了道路。

探索高層建築及其他領域的巨大市場潛力

高層建築擁有廣闊的窗戶面積，這為大規模能源生產提供了巨大的潛力，可以將其轉變為垂直發電廠。據估計，美國的玻璃表面總面積達50億至70億平方米，如果廣泛採用透明太陽能電池技術，將能顯著增加城市中的清潔能源供應。城市環境中玻璃表面的巨大規模為通過透明太陽能技術產生清潔能源提供了一個巨大的未開發資源。高密度城市地區通常缺乏傳統太陽能發電廠所需的空間。利用建築外牆提供了一種分散式能源生產解決方案，與能源消耗的集中性相一致。

Infinix 在 MWC 2025 上推出了一款概念手機，其背面整合了鈣鈦礦太陽能電池板，並同時展示了一款太陽能充電手機殼

除了建築整合之外，透明太陽能電池在消費電子產品（如智慧型手機、平板電腦）、汽車（車窗、天窗）、溫室和戶外家具等領域也具有廣泛的應用前景。例如，可以開發自充電電子設備，為汽車中的輔助系統供電，並提高溫室的能源效率。透明太陽能電池技術的多功能性使其市場潛力擴展到各個領域，有助於更廣泛地採用可再生能源解決方案。能夠將透明太陽能電池整合到日常物品和不同行業中，擴大了該技術的潛在影響，而不僅僅局限於建築領域。

透明太陽能電池：助力建築部門實現脫碳的催化劑

建築部門在全球能源消耗和溫室氣體排放中佔據顯著的比例。在歐盟，建築物約佔總能源消耗的40% ，並且是全球排放的重要來源。因此，建築部門的脫碳對於實現更廣泛的氣候目標和減輕人類活動對環境的影響至關重要。歐洲聯盟制定了到2050年完全脫碳建築部門的宏偉目標。歐盟的建築能源性能指令（EPBD）規定，所有新建公共建築必須在2028/2030年之前實現零排放，並在2050年之前實現建築存量的完全脫碳。透明太陽能電池技術通過使建築物能夠產生自己的清潔能源，與這些歐洲脫碳目標完美契合。通過將建築外牆轉變為能源生產者，透明太陽能電池可以直接有助於減少建築運營對化石燃料的依賴，並實現淨零排放目標。

更廣泛地來看，全球也正朝著淨零排放的目標邁進，透明太陽能電池在這方面也發揮著重要作用。透明太陽能電池的採用可以促進各國和國際社會減少碳排放並向可持續能源未來轉型的承諾。隨著世界各國設定減排目標，透明太陽能電池等創新技術為在建築領域及其他領域實現這些目標提供了一條途徑。

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技術成熟度與市場導入之路

目前，CitySolar計畫的技術成熟度等級（TRL）介於5到6之間，這表示該技術正處於原型設計和示範階段 。根據的描述，TRL 5-6意味著該技術已在相關環境中得到驗證，並在相關環境中進行了演示。儘管取得了顯著的進展，但透明太陽能電池技術仍處於商業開發的相對早期階段，需要進一步成熟。

實現廣泛市場採用仍面臨一些關鍵障礙，例如需要擴大生產規模、降低成本、提高效率以及確保長期穩定性。正如和所示，Madsen教授提到需要商業夥伴來擴大技術規模。克服這些障礙需要持續的研發以及研究機構和產業參與者之間的戰略合作。解決技術和經濟挑戰需要科學創新、工程專業知識和商業頭腦的共同努力。

穩定性與耐久性的挑戰及解決方案

鈣鈦礦材料雖然具有高效能的潛力，但其穩定性和耐久性仍然是商業化的主要挑戰，特別是對濕氣和氧氣的敏感性。多篇文章討論了鈣鈦礦太陽能電池在長時間暴露於陽光和潮濕環境下的降解問題。提高鈣鈦礦基透明太陽能電池的長期穩定性和環境兼容性對於其商業可行性和廣泛應用至關重要。建築應用中的太陽能電池需要能夠承受數十年的惡劣環境條件。確保材料的耐久性對於合理的投資回報至關重要。

目前的研究工作正致力於通過各種方法提高鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，例如封裝、材料改性和開發無鉛鈣鈦礦。提到了關於水和氧氣在鈣鈦礦降解中的協同作用以及潛在解決方案的研究。針對穩定性問題的積極研究表明，人們致力於克服這一關鍵挑戰並提高鈣鈦礦太陽能電池的壽命。持續的科學研究和創新對於改進材料和設計以提高新興技術的性能和壽命至關重要。

建築美學與能源效率的融合

消費者和建築師越來越重視能源效率與建築美學的結合。多篇文章強調了透明太陽能板的美學吸引力及其與建築設計無縫整合的能力。透明太陽能電池兼具能源生產和建築美觀的能力，滿足了市場對可持續且視覺上吸引人的建築解決方案的關鍵需求。現代建築設計越來越強調功能性和美觀性。能夠同時提供能源效率和視覺吸引力的技術更有可能被建築師和開發商採用。

位於台灣中科管理局的鈣鈦礦能源屋是台灣第一座結合創能, 儲能, 節能及智能 (四能並進) 的零碳屋 (ZEH), 窗戶採用 Windows ZERO — 位於台灣中科管理局的鈣鈦礦能源屋是台灣第一座結合創能, 儲能, 節能及智能 (四能並進) 的零碳屋 (ZEH), 窗戶採用 **Windows ZERO**

透明太陽能電池有可能成為都市景觀不可或缺的一部分，為永續城市的可視化形象做出貢獻。提出透明太陽能電池甚至可以成為城市景觀的一部分。通過將普通的建築表面轉變為能源生產者而不改變其外觀，透明太陽能電池可以在不損害美觀性的前提下，為更清潔、更永續的城市環境做出貢獻。以視覺上和諧的方式將可再生能源融入城市結構，可以提高公眾的接受度並促進永續技術的採用。

結論

透明太陽能技術的發展代表著建築與能源結合方式的重大創新，為應對氣候變遷和日益增長的能源需求提供了一種極具潛力的解決方案。這項技術特別適用於現代摩天大樓，能夠將其廣闊的玻璃表面轉變為再生能源發電站，從而為城市環境中的永續發展開闢了新的可能性。CitySolar計畫的最新突破，在效率和透明度方面都取得了顯著進展，預示著這項技術的商業化前景光明。

然而，要實現透明太陽能電池的全面商業化和廣泛應用，仍然需要克服一些重要的挑戰，包括提高技術的穩定性和耐久性、降低生產成本以及整合產業鏈。儘管如此，透明太陽能電池在建築整合、消費電子和汽車等領域的巨大市場潛力，以及其在實現全球和歐洲建築部門脫碳目標中的關鍵作用，都使其成為未來永續能源發展的重要組成部分。持續的研發投入和跨領域的合作，將有助於克服目前的障礙，並最終使透明太陽能電池成為我們日常生活中不可或缺的能源生產工具，為構建更清潔、更永續的未來做出貢獻。

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