轉光為電：開發CIGS材料 光電轉化加速

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■蕭旭東負責研究用銅銦鎵硒（CIGS）製作的薄膜太陽能電池。馮晉研 攝

如何研發新技術來更有效地採集太陽光並將之轉化成電能，毫無疑問是發展太陽能的首要工作。傳統的太陽能電池基本上都以硅（Silicon）為原料，但往往要面對生產成本高，以及太陽能板裝置難以配合多元環境使用的挑戰。是次的太陽能主題研究，其中一部分便是開發高性能真空沉積薄膜太陽能電池，由中大物理系教授蕭旭東負責，以新的銅銦鎵硒（CIGS）化合物材料，製作成薄膜太陽能電池。

他表示，新設計的太陽能電池吸光後會產生「電子空穴對」，可轉化成電；但由於空穴和電子的「複合」會令兩者分別所帶的正負電荷流失抵銷，其研究希望能有效分離兩者，並從材料的特性入手，提高光電轉化效率。

元素四合一 有「先天」優勢

蕭旭東表示，成本高昂是現時太陽能面對的主要問題之一，以內地為例，以較廣泛採用的硅晶太陽能技術，產一度電成本約8毫至9毫人民幣，較燃煤約5毫幾乎貴一倍，其研究希望將太陽能發電成本壓低至跟燃煤相若。他指結合4種元素組成的化合物CIGS（Copper Indium Gallium Selenide），要製成太陽能電池所需要材料份量遠遠少於硅，且製作過程也較少，有降低成本的「先天性」優勢。

爬山喻研究 山腰易登頂難

如何提高光電轉化效率亦是研究的重點。蕭旭東指，目前於實驗室層面全球最理想CIGS電池轉化效率達到20.9%，即1,000瓦太陽光的可轉化成209瓦電；而中大5年前起研究CIGS，至今能夠達到的19.4%轉化效率，已足夠商業化，但未來工作卻充滿挑戰，「就像爬山一樣，你有衝勁從地面到山腰；但山腰爬到山頂就很難！」他表示，希望能將研究目標提高到「山頂」（理論上最高的轉化效率）的32%，但只能「摸着石頭過河」慢慢嘗試。

蕭旭東續稱，要提高光電轉化效率須對材料物理性質有深刻了解。CIGS材料吸收光源後，每一個光子會相應分別產生「電子」和「空穴」，前者帶負電荷，後者是正電荷，稱為「電子空穴對」。為了充分利用每一光子，需要研究阻止電子和空穴的正負電荷「複合」（Recombination），讓其運輸到導線收集及後到高壓線蓄電。

發掘材料缺陷 研究最大困難

材料本身的質素影響轉化效率，蕭旭東指，一些材料的缺陷（Defect）容易導致電子和空穴複合，浪費原本可用於發電的光源，而發掘材料的缺陷及將之改進為研究的最大困難之處，「材料本身有哪些缺陷，每種缺陷的特點是甚麼？哪一種缺陷是最壞？」這些都要仔細認識清楚。

另外，由於CIGS中的銦元素存儲量少，有用盡的一天，且銦同時可用作製造熒幕，不同用途間的競爭會令成本上升。蕭旭東表示，是次研究亦會探討以存量多的鋅及錫將之取代，開發銅鋅錫硫（CZTS）作為新的太陽能電池的材料，初步希望能讓轉化效率達15%。 ■香港文匯報記者　馮晉研