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臺灣大學機械系電子報

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新能源與奈米材料實驗室

許麗助理教授


    簡歷:許教授於北京清華大學熱能工程系獲得學士學位,於美國加州柏克萊大學機械系獲得博士學位。曾在美國矽谷的應用材料公司和台灣的台積太陽能公司從事太陽能電池方面的研究工作。研究專長為雷射的奈米材料加工技術,太陽能電池技術及應用,及柔性電子元件的製作。

近年研究主題包含:

1.太陽能電池熱回收之海水淡化的應用

2.柔性基底上的奈米銀線膜的雷射處理

3.用於製造大面積鈣鈦礦電池模組的雷射雕刻技術。詳細敘述如下:

 

1.太陽能電池熱回收之海水淡化的應用


    太陽能電池發電工作狀況下會產生大量的熱,造成太陽能電池內部溫度升高。這不儘降低了太陽能電池的發電效率,也造成了大量的熱損失。我們的研究是回收此熱能並將之用於海水淡化,這樣不儘避免了太陽能電池效率的降低,也可以利用回收熱進行海水淡化處理。這樣的太陽能發電系統,能同時解決獲取能源和淡水的問題,在資源缺乏的第三世界國家將有著廣泛的應用潛力。


    在實驗上我們使用了水簾片作為加濕器主體,其本身在單位體積上具有大量的表面積,促使熱水與空氣能夠達到有效的質傳與熱傳;另一方面,採用堆疊中空PC版作為除濕器主體,透過有效的堆疊,使其在單位體積中也具有大量的表面積,促使冷卻空氣與高溫濕空氣達到有效的熱傳,同時也解決傳統銅管熱交換器可能的鏽蝕問題以及降低成本。透過實驗得到本系統在15℃的環境溫度與50℃的熱水溫度下,最高產水量約為每天129公升,同時GOR (Gained output ratio) 約為0.54。並且,整個系統在熱水水量與熱水溫度較高的情況下,無論是產量或者GOR,能夠擁有較佳的表現。
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  Figure 1. Schematic diagram of experiment setup of air-cooling HDH system.


2.柔性基底上的奈米銀線膜的雷射處理


    柔性光電元件是目前光電元件的發展趨勢,而傳統的透明導電氧化物(TCO)作為陶瓷材料無法承受彎曲和拉伸,因此需要發展新型的可撓式透明導電膜。奈米銀線膜是其中表現良好的一種,但是其性能距離商業化應用仍有差距。本研究中我們在保證柔性基底不被損壞的前提下,利用雷射奈米焊接技術提高奈米銀線膜的導電性和機械性質。在雷射光照下奈米銀線交疊處因其微小的間隙產生了局部的強光場,其能量足以熔化此處的銀線,導致銀線交疊處熔融並聯結。這樣散亂的銀線就形成了一張聯結緊固的網狀結構,其導電性和耐拉伸耐撓曲的特性都得到了提高。透過雷射焊接技術成功將初始片電阻約為 30歐姆/□的可撓式奈米銀線膜降到12歐姆/□,且穿透率維持在 92%(λ= 550nm)。在拉伸測試和撓曲測試中,雷射處理過的奈米銀線膜都表現良好。
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                                                 (d)
Figure 2. SEM images of Ag nanowires on PET substrate after laser nanowelding at laser power of (a) 28 kW/cm2, (b) 40 kW/cm2, (c) 50 kW/cm2 with the fixed scan speed of 100mm/s and 5 scan times; (d) a larger scale SEM image of sample (c) showing no ablation or balling of AgNWs.

 

3.用於製造大面積鈣鈦礦電池模組的雷射雕刻技術


    鈣鈦礦電池近年來的研究已經實現了效率的大幅提升,目前鈣鈦礦/單晶矽疊層電池的最高光電轉換效率為29.1%, 由德國赫爾曼‧馮‧亥姆霍茲聯合會科研中心Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB)於2020年1月創造。如何大面積生產鈣鈦礦電池是一個重要課題。
    我們透過發展雷射雕刻技術,實現大面積鈣鈦礦電池模組的一體化製造,即將大面積的鈣鈦礦電池切割為小面積,再將其串聯起來。其中雷射雕刻的難點在於第二個步驟P2,即劃開鈣鈦礦電池層,露出前電極(FTO),以使其能與背電極形成良好的電性接觸。與FTO接觸的NiO具有類似的光學性質,使得完全去除NiO卻又不傷及FTO變得極為困難。我們通過雷射參數的調整和XPS的驗證,已經能完成此步驟。目前已經初步實現13%的光電轉換效率(小面積的試驗片效率為16%)。
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  Figure 3 (a) A picture of bifacial perovskite solar module (2cm x 2cm); (b) An OM images of the three laser scribed lines.

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  Figure 4 實驗室辭舊迎新聚餐,2020年7月於欣葉自助餐店

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