全天候多源能源整合技術：鈣鈦礦太陽能與摩擦發電的跨界整合
科技產業資訊室(iKnow) - 廖雅韻 發表於 2026年2月26日
圖、全天候多源能源整合技術：鈣鈦礦太陽能與摩擦發電的跨界整合
隨著物聯網（IoT）與智慧城市建設的加速推進，市場對「全天候、低維護」微型自主電源的需求日益迫切。儘管太陽能光電技術已相當成熟，但在陰雨天或夜間發電效率明顯下降，仍需仰賴電池或儲能系統支援，無形中提高成本與維護負擔。對此，西班牙塞維利亞材料科學研究所（ICMS）團隊於《Nano Energy》發表研究成果，提出一種可同時利用陽光與雨水發電的混合式裝置，為分散式能源應用開啟嶄新方向。
這項技術整合「鈣鈦礦太陽能電池」（Perovskite Solar Cells, PSCs）與「液滴驅動摩擦奈米發電機」（Drop-Driven Triboelectric Nanogenerators, D-TENGs），打造出真正的「晴雨共生」發電架構。晴天時由鈣鈦礦電池吸收光能轉換為電力；雨天則透過雨滴撞擊表面所產生的摩擦起電與靜電感應效應發電，使裝置在不同天候下都能持續輸出電力，大幅提升單位面積的能源利用效率。
本研究最關鍵的技術突破，在於解決鈣鈦礦材料「怕水」的先天限制。金屬鹵化物鈣鈦礦雖具高光電轉換效率，但遇濕氣極易水解失效；然而，摩擦奈米發電機卻必須接觸水滴才能運作，兩者在物理需求上存在本質衝突。ICMS團隊透過電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）技術，開發出厚度約100至130奈米的氟素塗層（CFX）薄膜，成為整合兩種技術的關鍵介面。
這層CFx薄膜具備多重功能。首先，在光學表現上，其透光率超過90%，且折射率低於玻璃基板，具備抗反射效果，因此不會影響底層鈣鈦礦電池的吸光效率。封裝後以最佳厚度（130奈米）進行的統計分析顯示，電池光電轉換效率平均約維持在13.6%，最優電池可達16.4%，效率損失低於4%；在多源能量收集示範配置中，特定批次電池於標準測試條件下的初始效率為15.7%。其次，在結構與封裝面，掃描電子顯微鏡觀察顯示，透過奈米級厚度調控，薄膜可形成緻密且無針孔的保護層，有效阻隔水氣滲透。
更重要的是，CFX薄膜富含氟官能基（–CF2與–CF3），具高度負電特性，性質類似鐵氟龍（PTFE），本身就是優良的摩擦電材料。當雨滴撞擊其表面時，可產生高達110伏特的瞬間開路電壓。研究團隊並透過電源管理電路設計，成功將雨滴產生的高壓脈衝電流整流，與太陽能電池輸出的穩定直流電整合運作，實測可驅動紅色LED燈陣列並替電容充電，驗證其實際供電能力。
此外，該研究也解決了鈣鈦礦電池與工業封裝材料的相容性問題。傳統UV固化環氧樹脂容易侵蝕電洞傳輸層（Spiro-OMeTAD），而CFX薄膜可作為完美的阻隔層，使電池得以導入成熟的工業級封裝製程。在攝氏100度的高溫高濕測試、甚至直接浸水實驗中，裝置均展現出卓越的環境耐候性。
從應用角度來看，「太陽能雨板」概念特別適合部署於智慧城市基礎設施，例如交通號誌、環境感測器、智慧農業監測站或偏遠海域設備等場景。這些設備多半設置於戶外且不易頻繁更換電池，若能透過全天候混合供能降低對儲能與維修的人力需求，將可顯著提升系統自主性與整體韌性。
儘管從實驗室邁向商業化仍有長期機械耐久性與大規模製程成本等挑戰，但此研究已成功證實了多源能量整合的可行性。這象徵著再生能源發展正從單一技術的效率競逐，轉向「多源互補」與「系統韌性」的設計思維。當降雨從發電的阻礙轉化為輔助能源，未來的能源系統將更具彈性，成為達成永續發展目標的重要助力。(1239字)
參考資料：
Fernando Núñez-Gálvez et al, (2026) Water-resistant hybrid perovskite solar cell - drop triboelectric energy harvester, Nano Energy, 2026/2. DOI: 10.1016/j.nanoen.2025.111678
Hybrid perovskitedevice generates electricity from the sun and rain simultaneously. TechXplore, 2026/2/24
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