工業技術研究院

工研院10年前開始研發低照度發電的染料敏化電池，並積極建立材料開發與製程技術，目前正與台塑攜手推動試量產，未來可望將其導入民生與工業使用，走出一條截然不同的太陽電池發電之路。

太陽能發電已經是綠色能源相當重要的一環，甚至世界上許多區域型電力，都仰賴太陽能發電的供給。但太陽能發電深受氣候限制，有沒有一種在微弱光線下也能發電，甚至一般日常照明，也能轉換為電能，讓許多家用小電器也能自己供電？染料敏化電池能將室內照明轉換為電能，讓我們邊照明，邊發電，可說是「光資源的回收者」。
染料敏化電池就是這項「光資源回收技術」，現正由台塑與工研院共同合作研發，也成為首間進駐沙崙綠能科學城的廠商。工研院綠能與環境研究所長胡耀祖表示，染敏電池從材料、製程、設備到應用，100%由國產製造，在室內光源下，感測器即可自供電，且具有可撓輕量化、易客製化、環保可回收及低成本等優勢，進駐沙崙綠能科學城後，與台塑展開試量產，共同強化工業物聯網應用端技術的開發，並達成量產目標。

另闢蹊徑　染敏電池潛力無窮

歷經金融海嘯的衝擊，石油價格不斷攀升，各國將目光投向再生能源，太陽能就是其中之一。2008年前後，國內業者紛紛投入對太陽能發電的開發，矽晶、矽薄膜與染料敏化電池都是熱門選項，工研院也是在當時建立團隊，投入染敏電池的研究。

「染敏電池同樣可將光轉換為電，其累積發電量其實不輸矽晶電池，」工研院染敏電池專案計畫主持人童永樑說，他曾花2、3年，跑遍全台各地對100多家廠商說明染敏電池的優點，可惜由於染敏電池的戶外使用壽命太短，依當時技術水平，並不適合用來蓋太陽能發電廠，最後便由矽晶電池勝出，目前在太陽能發電市場占有率
已大於9成。

儘管矽晶電池攻占了主要市場，但染敏電池並未全盤皆輸，這個領域不時仍有新創團隊成軍，顯示染敏電池仍有其利基市場。以特性而論，僅需100～200流明（Lux）的弱光（約3根蠟燭的燭光量），染敏電池就可以產生電，適合在低照度環境下使用，可更深入民生消費應用，既然擁有室內弱光發電的優勢，何必一定要走戶外發電的路呢？研究團隊再接再厲，努力爭取保留染敏電池研究計畫。

染敏電池的發電機制類似自然界的光合作用，有機光敏染料在壽命上自然難與無機
矽晶電池相提並論，但各有其適合的場域；加上染敏電池製程毒性相當低，製程用水甚至可達直接排放標準；若以染敏電池加上充電電池，甚至比乾電池更環保。若不再執著室外太陽強光，轉而追求室內與弱光下的效率與壽命，更能發揮染敏電池的特長。

10年磨一劍　完全自主研發

由於國內過去幾乎沒有微小電力系統的開發經驗，在研發染敏電池的過程可說是跌跌撞撞。一開始感測研發團隊將初代的染敏電池做成感測器，電池總是很快就壞，電力也不太夠，幾乎1週至1個月就要換1次電池。但工研院努力突破技術瓶頸，使用期限愈拉愈長，產生的電力愈來愈高，現在於室內使用壽命已可維持5～7年，為打入商業市場邁進一大步。

「染敏電池」雖有「電池」之名，其實跟矽晶電池一樣，屬於創能而非儲能裝置，因此染敏電池若需要提供穩定電力，需搭配儲能裝置，如鋰電池等二級電池一起使用。考慮到染敏電池的特殊性，研發團隊除了致力提高轉換效率與壽命外，還得絞盡腦汁想應用。

像是做成彩繪玻璃，發電同時還具有裝飾作用；做成露營燈，白天讓它吸飽日光，晚上拿來照亮營地，後續還開發出時鐘、電子桌曆、香氛產生器、溫濕度感測器等，只要將染敏電池結合儲電裝置，透過室內照明燈光驅動即可自行供電，甚至還有內嵌染敏電池的發電桌，吸收環境光能轉換成電，即可供電給手機等行動裝置。

結構有如三明治般的染敏電池，可說是「光資源回收再應用」的最佳體現，所有技
術都存在兩片玻璃中間（約1根頭髮的厚度）。更難得的是，材料、規格封裝、設備製程等從上到下游的技術，完全是由工研院包辦，不需仰賴國外，在成本、技術的掌握上可以做到完全自主。

建置試量產線　拚明後年量產

工研院團隊現已進駐沙崙綠能科學城，希望克服製程良率，導入新的配方設計，提升模組光電轉換效率並延長使用壽命，預計明後年邁入量產；短期可切入消費性產品市場，中長期往建築、汽車等整合性發展，未來將邁向客製化製作，包括形狀、厚度、大小皆可依需求更改，在消費性電子產品、物聯網、穿戴式裝置上都有很大應用空間。

台灣每年乾電池的使用量高達9,000萬公噸，如果沒有妥善回收處理，恐將造成環境汙染、危害生物，染敏電池能在任何有光的地方都能發電，若搭配儲能電池，可降低一次性使用的乾電池使用量，對於節能省電也有顯著效果。一樣都是開燈照明，有了染敏電池後，消費者不用改變使用習慣，就能達到省電的最高境界──「無感」省電，在能源緊俏、萬物聯網的時代可望成為工業、消費市場最佳的電力備援幫手，也將成為台灣綠能產業的得力後援。

胡耀祖／建立技術競爭門檻　切入利基市場

撰文／陳玉鳳
因應國際綠色能源產業趨勢，我國政策已明定2025年再生能源占總發電量20%為目標，並透過「5+2產業創新計畫」，將「綠能科技」視為重點發展項目之一。

在邁向「非核家園」的道路上，工研院始終是推進產業進步的中堅力量，「我們長期投入新能源的技術產品開發及數據分析、模擬，協助政府落實能源轉型政策，正是為了能帶動台灣綠能產業自主發展，」工研院綠能與環境研究所所長胡耀祖說。

2017年底，工研院率先進駐國內首座綠能科技試驗場域──沙崙綠能智慧科學城—綠能科技示範場域，以「創能」、「儲能」、「節能」、「系統整合」四大發展主軸，連結現有綠能科技、帶動創新綠能產業，透過串聯產學研資源，打造綠能創新產業生態系。工研院規劃百餘名人才進駐高鐵台南站旁的「沙崙綠能智慧科學城──綠能科技示範場域」，初期鎖定以超過10項最具商業化潛能，且可望快速產業化的綠能技術進行建置，包括染料敏化電池、鋁電池、太陽光電多元應用示範系統、節能元件示範生產技術平台等，並將在科學城展開產業化進程。初步盤點進駐的技術，皆已投入多年的研發能量，建立完整的關鍵技術並具有亮眼的研發成果。以鋁電池為例，工研院擁有多達51件的鋁電池專利，數量冠於全球，值得台灣廠商投入資金，共同開拓鉛酸電池替代及電網儲能等應用市場。在節能技術領域，高效率外轉子馬達技術則以軟硬整合的堅強研發能量，進行國內產業的跨領域整合及開創加值應用，規劃未來以整廠輸出方案，協助國內產業技術提升。

另外，多年心血投入所開發的染敏電池具有發電門檻低、可撓輕量化、低成本、環保等優勢，在低照度環境中可有效進行光電轉換，可用於室內物聯網感測裝置的電力來源。工研院現已掌握超過40件的染敏電池專利，是台灣廠商投入量產的最大助力。目前工研院與台塑合作的染料敏化電池已經進入試量產階段，初期目標設定為年產12萬片，未來台塑也將在廠內建置年產量達100萬片的生產線，預計2020年正式量產，搶攻綠能市場先機。

胡耀祖強調，「更重要的是推動產研合作，加速能源新技術及產品的量產與技術產業化，為台灣的能源轉型政策建構堅實及長遠的基礎。台灣產業沒有必要競逐量多低價的市場，我們一向擁有彈性、靈活的製造優勢，非常適合進入高功能、多樣化的利基區隔，」胡耀祖認為，產業應專注於建立技術競爭門檻，立基於與廠商共建長期利潤領域的開創，這也是工研院技術在研發選題及推動產業化的重要方向。