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綠色科技專題中心

關於綠色科技專題中心1
關於綠色科技專題中心2
本專題中心的研究目標,旨在探索創新的製造技術與新穎材料,用以加速次世代能源科技的開發與應用,促進更好生活環境和產業技術,實現碳中和社會的目標。

主要研究方向

研究重點
節能與產能元件
  • 鈣鈦礦太陽能電池顯示出顯著的光伏遲滯和長期穩定性問題,我們研究幾種關鍵策略以減少缺陷密度太陽能電池的穩定性和轉換效率。在光電材料方面,我們發展可回收高化學穩定性類玻璃高分子與量子點的複合薄膜材料。我們也研發近紅外光與短波紅外光螢光材料,並將其應用於節能寬譜帶發光二極體。在產氫研究上,重點研究項目包括開發高效能電子電洞產生的半導體結構、利用非貴金屬複合材料實現高活性催化劑、設計高效氣液分離的電極結構。
次世代電池
  • 我們發展一種全新的液態化學合成法,合成高電導度的固態電解質材料,此方法可同時實現量產與結構調控。我們也調控氣氛與濕度,量測臨場同步輻射X光粉末圖譜,追蹤材料於不同環境下的結構變化。最後預計將其應用於固態電池中。
先進材料模擬計算
  • 本實驗室近年來積極開發先進機器學習平台用以研究及預測複雜組成結構及能源材料的性質,研究材料包含複雜鈣鈦礦、高熵合金以及固態電解質,並積極探索新穎機器學習領域如生成式AI以及量子機器學習在材料性質預測的應用。

聚焦研究計畫

超穎介面完美吸收體應用於太陽能熱促進催化合成綠色能源
超穎介面完美吸收體應用於太陽能熱促進催化合成綠色能源
為了解決全球暖化和能源危機等國際重要課題,並期望於2050年達淨零碳排, 開發永續的綠色能源解決方案極為重要。本聚焦計畫將著重於利用超影介面/超穎材料(metasurfaces/metamaterials)完美吸收體可有效吸收太陽光能轉熱能,運用太陽光轉熱促進化學催化反應合成綠色能源,目標是在於提高合成氨這類的綠色能源。本計畫運用的特殊光學結構設計不僅提高了能源轉換效率,也為溫度敏感的化學反應提供了理想的高熱環境以利光化學合成。此研究工作不僅能開闢利用超穎材料進行高效化學能轉換的新途徑,且能為太陽能熱促進化學合成綠色能源的工業應用奠定基礎。
設計與開發固態電解質於次世代電池的應用
設計與開發固態電解質於次世代電池的應用
能源保護和碳減排是重要的全球關注焦點,各國力求在2050年實現淨零碳排放。有效利用可再生能源在離峰時段所生成的電力,需要能源存儲設備,如電池成為關鍵設施。然而,傳統的液態電池存在安全風險。因此,這項研究的特定方向是致力於開發固態電解質,以實現高效固態電池。在固態電解質的開發中,主要集中於有機無機複合材料和鹵化物。對於複合材料,我們的目標是開發高離子導電性聚合物,並與無機納米顆粒混合,以解決固態電池面臨的高界面電阻和機械性能差的問題。這將帶來具有高穩定性、安全性和在室溫下可操作性的固態電池。在鹵化物固態電解質的領域中,我們將採用創新的液相合成方法來製備安全的鹵化物固態電解質,從而生產安全的固態電池。這種方法還具有大規模生產的潛力,解決了過去固態電解質製程難以擴大的問題。此外,該項目還將探索合適的陽極和陰極材料,以開發新型高離子導電性固態電池。

研究內容

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使用高品質的二維材料來研發超薄、高效光電元件及系統

過去幾年我們已在應科中心建立及發展用先進磊晶技術來成長高質、晶圓尺度之二維材料,例如石墨烯、 二維過渡金屬硫化物(TMDC) 及其相關異質結構。
除了對新穎二維半導體材料特性的基礎研究外,中心的研究人員同時利用二維半導體材料來發展的下世代奈米光電元件,如 發光二極管(LED)、雷射和光電晶體等重要元件。
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開發電池用材料與發光材料

應用科學研究中心的研究員們,專注於新穎鈣鈦礦材料的開發,並應用於固態電池、可撓性太陽能電池,以及發光二極體。

研究成果

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WSe2/MoSe2 異質雙分子層中莫瑞三元子的特徵 - Nature 594, 46–50 (2021)

在此工作中,我們研究二維過渡金屬硫化物(TMDC)原子層中莫瑞(Moiré )超晶格的三重激子(Trion)和莫瑞電子位能之間的強耦合效應。這些發現將在未來探索光電物理多體現象和下世代量子元件發展中有重要的貢獻。
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高熵下微觀序列的新可能:超彈性高熵Elinvar合金 - Nature 602, 251-257 (2022)

通過進行一系列的大規模密度泛函理論計算,我們成功揭示了Co25Ni25(HfTiZr)50化學複雜合金的原子結構。藉由巧妙的原子位點安排使得晶體結構能在高達11%的原子尺寸差異下保持穩定。我們的原子模擬顯示,巨大的原子尺寸差異引起的強烈晶格變形(9%)是這種複雜合金出色的彈性極限以及Elinvar效應的原因。