超薄石墨烯與矽完美結合 太陽光吸收率達80%

「氫能」是目前科學界全力發展之潔淨能源之一，科技部政務次長謝達斌表示，以太陽能取代傳統電解水的方式可避免耗費大量燃料能源，而為提升矽材的太陽光吸收率，由3所大學所組成的「新世代能源研究團隊」成功將單原子厚度的石墨烯與矽完美結合，使陽光吸收率達80%。

台大材料科學與工程學系教授陳維俊表示，以氫能為主的燃料電池在運作中僅產生純水、完全無污染，被認為是未來最有潛力的潔淨能源，目前也已逐漸被應用於日常生活，像是日本機場、法國計程車，未來在東京奧運上都將廣泛使用。然而，氫氣需要使用大量的電力透過電解水產生，並且需耗費其他燃料能源，要達到全面商業化仍有許多挑戰。

陳維俊表示，有效利用太陽能來分解水是目前科學界重要的研究方向，但太陽能最大的瓶頸是無法儲存，也不能運輸，因此，如何有效將太陽能轉換為「燃料」將是關鍵。而目前常用來吸收太陽能的矽材，最大的問題是矽在電解液中的不穩定性與矽基板高達40%的反射率。

謝達斌表示，陳俊維與台科大教授黃炳照、東海大學教授王迪彦在科技部「尖端晶體材料開發及製作計畫」長期的支持下，跨校共同組成「新世代能源研究團隊」，並研發出以石墨烯與矽基材料結合的新型光電化學製氫技術，大幅降低矽的反射率，增加太陽光吸收效率高達20%，有效提升產氫效能。

陳俊維說明，石墨烯是自然界目前已知最薄、只有單原子的碳材，厚度約只有頭髪直徑的10萬分之一，且具有抗酸鹼、導電、透明等特性。而這次研究最大的突破在於利用新開發的軟性高分子(EVA)轉印法，將單原子層石墨烯與具有粗糙表面奈米結構的矽完美結合，形成具有三維的石墨烯/矽蕭基界面(Schottky junction)，作為一個良好的保護層，大幅改善矽在光分解產氫時的穩定度問題。

謝達斌指出，面對全球暖化及石化能源造成污染的問題，新的替代能源是目前全世界最重要的研究課題之一，特別是台灣在積極尋求能源多元化的議題下，陳俊維的團隊不僅順應國際綠能趨勢，也與台灣政府力推綠能政策相符，且相當具有商業發展價值。此研究成果也於日前登上能源研究頂尖期刊 Advanced Energy Materials，並被獲選為當期封底。◇