台灣能源轉型進行式ing..... 【綠能科技聯合研發計畫】再生能源點亮創能、儲能應用大未來（05/18/2021 天下雜誌）
文: 台灣經濟研究院
創能技術開發著重提升綠色能源能量與降低成本
創能領域前瞻綠能技術開發配合發揮臺灣太陽光電與離岸風力等再生能源特色，透過提升電池模組效率趨動太陽光電成本下降，以及利用智慧平台系統助於離岸風場海事工程量測與運維，降低風場運維成本，以提升產業競爭力。
開發高效率、低成本、超輕量之太陽能電池技術
提升太陽能電池效率已刻不容緩，成功大學陳引幹教授團隊運用原子層沉積技術，沉積不同氧化物材料膜層於堆疊型太陽能電池中，以優化各膜層厚度、品質與材料純度等，進一步提升太陽能電池品質。中央大學許晉瑋教授與劉正毓教授團隊以軟性三五族太陽能電池收集室外光源，提供智慧模組(溫度感測器與藍芽)足夠電能回送電子訊號，朝向智慧模組「自我維持」前進。
在降低成本方面，大葉大學黃俊杰教授團隊利用非真空設備取代電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)、用原子層沉積設備(ALD)以及銅漿料取代銀漿料達成低成本射極鈍化及背電極(PERC)太陽能電池開發。成功大學張桂豪副研究員與李文熙教授團隊創新製程置換太陽能鋁電極，以低成本空氣燒結銅電極應用於高效率雙面太陽能電池，將有效降低太陽能電池成本支出，增加產業獲利能力。
隨著太陽光電產能市場逐漸飽和，相關企業轉型尋求高效率與超輕量太陽能模組，以無人機應用為例，臺灣大學藍崇文教授團隊替無人機縫製出可以吸收太陽光轉成電力的衣裝，賦予偵查、通訊等任務。臺灣大學林清富教授團隊開發適合於固定翼無人機之輕量太陽能模組的大面積(30x150 cm2)太陽光模擬器，於宜蘭大學城南校區建置可供太陽能無人機測試起降與飛行場域。
兼具發電及產氫之仿生創能技術
氫能源為一種乾淨、能量密度高、環保零汙染、應用廣泛與取得容易的新能源，仿生電池即是透過模仿植物光合作用，為既能製氫又能發電的多功能太陽能系統。清華大學嚴大任教授團隊開發氫氣光電催化的催化劑由鉑金轉換為更具有普及性且兼具效能的材料，透過電漿子結構來強化二硫化鉬與日光光場交互作用，增加光能轉化為氫能的效率。中央大學王冠文教授團隊則建置高效穩定低成本之雙效產氫產電系統，利用其太陽能轉換再生電力進行光電催化分解水產氫並儲存，達到能源永續發展之概念。
智慧平台系統助於離岸風場海事工程量測與運維
面對臺灣附近海域高溫、高濕、多颱風與地震頻繁的特有地理環境，以及海上嚴苛條件，成功大學林大惠教授團隊開發離岸觀測塔風向定向系統，可降低量測成本、提高觀測準確性與量測效率，有助於離岸風場開發之海事工程量測。臺灣大學蔡進發教授團隊著重開發離岸風場運維大數據智慧平台，提供數據及開發各種量測技術，達到風機早期診治、早期預防功效，以期降低運維成本。
儲能技術開發著重高效能、高安全、具經濟性以支持各種儲能應用
隨著電力系統快速發展，電力儲存設備的布建應隨之增加其靈活度，以確保間歇性再生能源的儲存整合，促進電力供應端和儲存之間高效率的轉換。而儲能領域當中，又以先進二次電池與先進氫能為基礎核心發展項目。
開發高能量與高安全之固態電池技術
為進一步提升儲能電池安全與效率，全固態鋰電池已經成為研發主流。研究方向多針對電池正極、負極、以及電解質創新材料與設計，進一步提升能量密度需求與提高電池系統的總體能量。
正極材料方面，大同大學林正裕教授團隊開發具可量產層狀富鋰錳基正極材料合成技術，同時透過離子摻雜技術穩定其正極材料之晶體結構、改善材料的離子導電度，進而提升其電池穩定性及電容量。
負極材料方面，清華大學杜正恭教授團隊採用太陽能板製成切削的廢料矽，將此進行高值化做成鋰電池的負極材料，並用交聯反應開發矽負極黏結劑，以共沉澱法、自身氧化還原法進行正極材料開發參雜改質，提升鋰離子電池的循環壽命和快速充放電的能力。交通大學陳智教授團隊利用電鍍雙晶銅箔作為矽基負極材料的基板，配合富鎳層狀氧化物正極構成鋰電池，提升鋰電池的整體能量密度，提供各項裝置或載具更好的續航力。
電解質材料方面，明志科技大學楊純誠教授團隊主要開發鋰鑭鋯氧氧化物固態電解質，並將其應用在NCM811陰極材料上，最終組裝成鈕釦型及軟包型電池。成功大學方冠榮教授團隊開發高緻密性鈣鈦礦、橄欖石、石榴子石結構氧化物及硫化物電解質，以及具獨特性金屬、非金屬中介層，有效降低固態電解質/電極介面阻抗。臺灣科技大學王復民教授團隊研發固態電解質具環保水溶性，有低成本與綠色製程之特性，且能有效改善固體接觸的介面問題，可製備成高容量、輕量化與高性能二次電池。臺灣大學鄭如忠教授團隊深入探討高分子固態電解質，藉由合成改質方式可提供具彈性的高分子，進一步利用後調整加入鋰鹽的種類及添加劑，使研發的高分子固態電解質更符合商用規格。
兼具發電及產氫之仿生創能技術
氫能可作為重要儲能技術研發之原因，乃因其最終可實踐潔淨能源，提供眾多行業(如化工、鋼鐵重工及長途運輸等行業)有效脫碳方法，降低碳排放量，改善空氣品質並加強能源安全。且相對其他儲能系統，氫能另一大優勢為其電轉氣儲能系統有儲存量大以及放電時間長的特性。
行政院原子能委員會核能研究所長久以來專注於氫能領域。張鈞量博士團隊開發大氣電漿噴塗製備金屬支撐型固態氧化物燃料電池之可量產技術驗證，可進行大面積(10╳10 cm2)金屬支撐型固態氧化物燃料電池片之生產；余慶聰副研究員團隊利用新型產氫技術結合二氧化碳捕獲技術，使用低成本觸媒生產95%以上的氫氣，省去複雜的純化處理，大幅降低氫氣製造門檻；李瑞益研究員團隊則是著重於開發固態氧化物燃料電池發電系統，可直接將燃料如氫氣、瓦斯或天然氣轉換為電力，並將餘熱回收再利用，具有高能源轉換效率。
燃料電池方面，中央大學李勝偉教授團隊開發中低溫操作的陶瓷電化學儲能電池，所使用的關鍵電解質材料可使操作溫度降到400-700℃區間，且開發關鍵電解質、氫氣電極與空氣電極材料性能與微結構設計，利用靜電紡絲技術製作空氣電極材料奈米纖維，並成功與電解質相互整合，可提升單電池性能14.1%。
儲存氫氣方面，清華大學陳燦耀副教授與曾繁根教授團隊選擇碳材料進行儲氫研究，以零模板水熱碳化法合成出奈米碳球，最後輔以奈米金屬修飾產生之氫溢流效應(Spillover Effect)，提升氫氣吸附效能。
製造氫氣方面，臺北科技大學鄭智成教授團隊致力研發低成本、高穩定度、高效率之中溫固態氧化物電解電池電極材料，另外開發新型氨氣裂解觸媒技術，大幅改善現有氨裂解觸媒反應速率過慢之缺點。中興大學楊錫杭教授團隊則開發非貴金屬觸媒應用於水電解觸媒，以降低裝置成本，並且研發陰離子交換膜和膜電極組，使效率能有效提升。臺灣大學謝宗霖教授團隊發展具突破性之太陽能電解水產氫技術，以低成本、易量產、高效率的鈣鈦礦─矽晶疊層太陽能電池進行電解水產氫，並達到具競爭力之太陽能轉氫能效率水準(10-15%)。而臺灣科技大學胡蒨傑教授研發適於氫氣分離的複合薄膜，藉由熱力學與動力學的基礎理論調控薄膜成膜機制，開發高孔隙度且結構穩定的基材膜，結合優異特性的基材膜及選擇層。
綠色能量持續擴散，協助臺灣繼續邁進成為「亞洲綠能發展中心」
科技部「綠能科技聯合研發計畫」藉由學研界前瞻創新研發能量，推動新能源及再生能源之科技創新，進一步擴大產學研界連結之效益，積極延續科研成果落實產業應用，以期為我國綠能產業布建機會，並協助政府達成能源轉型，且透過綠能科技發展躍身國際舞台。
完整內容請見：
https://www.cw.com.tw/article/5114845
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碳化矽缺點 在 [新聞] 電動車電池新半導體材料GaN和SiC誰將勝出 的推薦與評價
電動車電池新半導體材料GaN和SiC誰將勝出？
https://bit.ly/2stL6dD
目前，電動車電池的價格仍非常昂貴，加上其體積大且效率低，正成為許多公司積極改進的對象。但是現今出現的兩種半導體技術，氮化鎵（GaN）和碳化矽（SiC）可能改變電池的材料。其實，SiC與GaN皆屬於第三代寬能隙WBG材料，各有優缺點。
碳化矽SiC材料方面
以SiC來說，碳化矽結合MOSFET不僅可以做得更薄、能耗更小，且可耐1200V以上的高電壓、大電流等功用，採用SiC全球功率半導體廠包括ROHM、英飛凌、意法、安森美等。目前，LED大廠CREE是SiC基板發展最為成熟的廠家，已與英飛凌簽訂長期的SiC基板供貨合約。同時，電動車大廠特斯拉已率先大量導入車用SiC功率元件，傳統車廠的高階電動車款也都已積極採用。台灣業者漢磊、嘉晶在SiC布局最久，預計2020起將可望小量出貨。
但由於SiC晶體材料量產速度仍慢，目前仍限制在4吋與6吋，而在8吋上還無法量產，再加上成本仍遠高於傳統矽基材料。所以，預期在短期內導入SiC功率元件仍以高階電動車種為主，市場預估未來三～五年功率半導體市場仍將以傳統矽基材料元件為主流。
GaN材料方面
至於GaN材料，目前最多用在LED上，但GaN早被使用在功率半導體與射頻元件上，由於GaN材料電子飽和漂移速率最高，適合應用在高頻率元件，但在高壓高功率部分則不如SiC。歷經多年發展，傳統矽基半導體的薄膜、曝光、顯影與蝕刻製程步驟，都已成功應用到化合物半導體製造上，加上生產成本降低，GaN有望在中低功率領域替代二極體、IGBT、MOSFET等矽基功率元件。根據Yole Research估計，在900V以內的低壓市場，GaN都有很大的應用潛力。
台廠業者在GaN半導體代工已有一定的實力，有：全新、穩懋、晶電。其中，晶電甚至可以做到從磊晶到晶片一條龍服務，實力有機會與台積電、世界先進並列。
各廠商競逐SiC或GaN
特斯拉決定在其Model 3車內納入SiC電晶體而被視為該產業的重要里程碑。由於，SiC在1200伏特電壓下的效能超越矽和GaN而確立了其地位，現今其希望在600至900伏特電壓下，進入電動車市場。至於GaN在200至900伏特的電壓下效能勝過矽，也為其在電動車市場打開了一扇窗。
隨著2020年汽車工業迅速轉向電動車，預計將為更多瞄準半導體新創公司帶來新商機。
在最成熟的GaN新創公司中，有位於安大略省渥太華的GaN Systems和位於加州的El Segundo的Navitas Semiconductor，已經確認其在電源開關組件中佔有一席地位。
其他值得注意的GaN新創公司包括Ithaca，位於紐約的Odyssey Semiconductor和以色列的VisIC Technologies，這幾家公司都正在開發高壓電源開關和模組。 至於位於El Segundo的Efficient Power Conversion（EPC）和Goleta，以及位於加州的Transphorm都是值得注意的GaN新創公司。
至於SiC方面，全球最大的純碳化矽公司Cree於2019年宣布，將投資10億美元擴大北卡羅來納州總部Durham的製造能力，並在紐約州北部建造新的製造工廠。其他較小的碳化矽公司包括維吉尼亞州的GeneSiC Semiconductor，紐澤西州的聯合碳化矽公司和新罕布夏州的GT Advanced Technologies。
在功率半導體的領導廠商，包含：意法半導體，英飛凌，安森美半導體和三菱電機等都可能隨時進入該領域搶奪商機。例如：意法半導體（STMicro）在2019年2月以1.375億美元收購瑞典SiC晶圓製造商Norstel。此外，松下，安森美半導體，德州儀器和SanKen Electric等其他大公司也正在開發GaN開關電晶體。預計未來一年，這些公司都會通過收購來加速佈局這一領域。
Roth Capital認為，SiC與GaN除了能攻下電動車和太陽能電池板等經過驗證的應用之外，還可能打開全新的應用領域。現今看起來，只要確立這一技術無礙，未來一段時間，併購和投資的消息將不斷傳出，畢竟，這是一個千載難逢的新商機。
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