綠能科技與永續治理研究所

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該研究所主要研發方向在於從發展新興能源至新世代替代能源、再到節能科技、智慧電網、綠能車輛系統等,積極拓展綠能及型塑資源永續的精神,亦將透過產學合作機制與企業共同建立跨域綠能應用平臺,培育綠能高階人才及健全綠電參與制度,符應行政院110年核定 「六大核心戰略產業推動方案」有關「綠電及再生能源產業」之內涵,符合國家重點領域「循環經濟」之設立精神。 針對產業現況分析,以掌握產業脈動並加速轉型規劃為目標,此研究所的研究、教學與課程,乃根據新世代的科技與綠能產業趨勢,從基礎的新興能源材料應用、光電與儲能元件等研究,到再生能源系統、替代燃料(以酵素催化合成生質柴油)、新世代替代能源(太陽能及冷核融合)等,再到節能科技、能源控制管理、電力能源轉換、智慧電網、油電車輛、電動與氫能車輛系統等一系列從基礎到產業應用課程。針對科技專業能力,開設整合性、跨領域課程。臺師大整合校內新穎材料製備與檢測、元件應用、酵素生物技術、微生物發酵技術、氫能源發電設備、再生能源與智慧電網系統、電力轉換元件、電動車輛檢測系統、能源管理控制系統、綠能與先進車輛相關模擬軟體等相關領域之研究能量,建立跨域綠能應用平臺,深化學校與企業創新之研究合作,培育全方位綠能高階人才。

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    反式有機太陽能電池穩定性改善研究
    (2025) 林晏禎; Lin, Yen-Chen
    本論文研究聚焦於提升反式有機太陽能電池對紫外光的穩定性,透過溶膠凝膠法(Sol-gel process)製備氧化鋅(ZnO)電子傳輸層上構建在雙層鈍化層,有效減少界面缺陷,進而提升元件對紫外光的穩定性。研究中,第四章第一小節首先探討單層鈍化層C60的厚度及活性層中CN添加量對元件性能的影響,確立最佳的單層鈍化層製程參數。接著,第二小節研究比較不同溶劑氯苯(CB)、鄰二氯苯(ODCB)對雙層C60鈍化層性能的影響,發現使用鄰二氯苯(ODCB)溶劑製備的雙層鈍化層C60元件,在經過504小時紫外光照射後,性能衰減較少,表現出最佳的穩定性。進一步地,研究比較雙層鈍化層C60與雙層鈍化層C60與PCBM在提升元件紫外光照穩定性方面的效果。實驗結果顯示,雙層鈍化層C60雖然初始效率較高,但雙層鈍化層C60與PCBM在長期紫外光照射下表現出更優異的穩定性。最後,第三小節研究探討雙層鈍化層C60和PCBM的製程優化,包括PCBM濃度對元件性能的影響。
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    太陽能儲電系統的應用研究
    (2025) 曾驛傑; Zeng, Yi-Jie
    本研究於國立臺灣師範大學建置一套太陽能儲電系統,核心結構包含太陽能模組、OPTI逆變器、鋰鐵電池、四路Modbus控制模組與多功能監控平台,支援尖峰放電、離峰充電、時間電價控制等調度策略,且依據用電特性進行參數調整,實現能量最佳化與成本控管。為驗證系統效能,本研究針對同一太陽能結合儲電系統於不同負載條件(500W、1000W、1500W)下之運行表現進行實測與效益分析,評估其能源調度能力、經濟性及減碳潛力。結果顯示,該系統具備良好的適應性與運轉穩定性,能依據時間電價與負載需求,透過控制策略降低尖峰電價負擔與市電依賴,並自動於離峰低價時段進行電池充電,產生明顯的節能與環保效益。整體而言,系統於不同負載條件下皆展現出良好的能源調度能力,電費改善率平均降低約40%,具穩定回售潛力與減碳能力。本研究結果驗證太陽能儲電系統於分散式能源應用中之可行性,未來可進一步導入AI預測模型與虛擬電廠架構,對於推動智慧建築、低碳社區與能源轉型具參考價值。
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    高濃度氧-17液態重水量產技術開發
    (2025) 吳信源; Wu, Xin-Yuan
    本研究開發一套連續循環密閉裝置,利用低能量核反應(Low Energy Nuclear Reactions, LENR)來製造17O液態重水。透過收集產出的不凝結氣體與水體進行質譜儀分析,並推算濃度。本研究利用連續循環操作,可製造出2.2 mol %濃度17O重水。本研究進一步透過核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)、光腔衰盪光譜(Cavity Ring-Down Spectroscopy, CRDS)檢驗確認是核反應導致17O同位素產出,並發現D與18O等同位素也出現。本系統證明可有效製造高濃度17O重水,具備可重現性與穩定量產能力,可提供醫療研究或同位素追蹤技術應用。
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    開發數位式升壓轉換器
    (2025) 林昱安; Lin, Yu-An
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    太陽能微電網電力調度技術研究
    (2025) 黃琳傳; Huang, Lin-Chuan
    本研究在師大汽車工廠一樓建置了兩組獨立型(離網型)太陽能系統,分別稱為S01與S02系統,接入市電且不進行市電回售,接著透過中央控制單元(CCU ,Central Control Unit),將兩組系統的逆變器電力輸出端進行連接,實現兩組太陽能系統之間的電力交換機制,藉此針對能源調控效益、減碳效果與經濟性進行實測與評估。首先在太陽能模組正常供電的情況下,進行單邊負載與雙邊負載的架構測試,單邊負載(單戶負載)表示只對S01連接負載,S02不連接任何負載的狀態,雙邊負載(雙戶負載)則是對S01與S02系統皆有連接負載的狀態。結果顯示,單邊負載架構具備良好的調度穩定性與能源彈性,能有效整合太陽能與儲能資源,於200W至1000W負載範圍內皆可維持約30%的調度時長比例,隨負載上升,其節電與減碳效益亦同步提升,年節電量可達1095 kWh,年減碳量達518.3 kgCO₂e。而雙邊負載因兩側負載同步消耗能源,較容易導致系統調度時間比例下降至10%以下,然而在負載配置不對稱(如800W與200W)時,調度機會與節電比例(最高可達16%)反而顯著提升,顯示其具備潛在的優化空間。根據實驗結果,進一步於負載總量維持1000W(S01/S02)的條件下,分為對稱組(500W/500W)、非對稱組(800W/200W)、單掛組(1000W/0W)三個組別,探討不同負載分配組合對系統調度行為之影響。實測發現對稱組因兩側壓力相近,難以有效啟動電力調度,未能發揮CCU的協同優勢;而負載分配明顯不對稱的非對稱組,則能有效促進電力交換,且單次調度時間更長,使買電方有更長時間充電,緩解儲能壓力同時降低電池過度放電的頻率,提升系統穩定性及能源利用率;而負載完全集中於單側的單掛組雖可激發CCU經濟效益,卻也使電池頻繁觸發安全保護,長期將增加故障與老化風險。綜合比較,不對稱負載組合可兼顧調度效率及電池壽命,具備較佳的優化潛力。在故障容錯性方面,單戶負載於單側太陽能模組失效時,系統在中高負載條件下容易出現電壓下滑與調度頻繁之情形,儲能負擔加劇且供電穩定性下降,特別在1600W長時間運行時更為顯著。相對地,在雙戶負載架構下,若正常供電方負載較小,系統更易啟動電力調度支援故障方,實現微電網備援設計理念,提升系統整體韌性。經濟效益方面,依據台電113年公告之尖峰電價(4.9元/kWh)與碳排放係數(0.474 kgCO₂e/kWh)估算,單戶負載雖可每年節省1000元以上電費並產生具經濟價值之碳費節約,但設計合適的非對稱掛載(S01:800W/S02:200W),更加能夠在經濟效益與系統穩定性上達成平衡,建議未來應結合智慧調度策略與主從式負載設計,以提升系統於多變應用場域中的可行性與穩定性。
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    陽離子界面活性劑之抗衡離子對鈣鈦礦太陽能電池之效能影響探討
    (2025) 李佳臻; Li, Jia-Zhen
    鈣鈦礦太陽能電池因具備高光伏效率、製程簡便與成本低廉等優勢,已成為新世代太陽能技術的重要研究焦點。然而,其穩定性與缺陷問題仍是限制商業化應用的關鍵挑戰。本研究採用MA₀.₁₆Cs₀.₀₅FA₀.₇₉Pb(I₀.₉Br₀.₁)₃鈣鈦礦為太陽能電池元件之光作用層,佐以四級銨鹽型陽離子界面活性劑為添加劑,詳細探討界面活性劑之抗衡離子的種類對於電子之光伏特性的影響。首先,透過 SEM 觀察表面及橫截面形貌,確立不同抗衡離子對結晶顆粒及膜層厚度的影響,觀察到C8TMAI 結晶顆粒最小,且鈣鈦礦層之膜層厚度並無因添加劑的加入而有顯著差異;搭配 EDX 元素分佈分析,證實C8TMAI可有效擴散至膜層內部,達到最佳的缺陷鈍化效果。再以 XRD、AFM 分析結晶行為及表面粗糙度,觀察到添加 C8TMAI 可減小晶粒尺寸、改善表面平整性,利於載子傳輸。經 UV-Vis 量測,證實添加劑的加入並未影響其吸光能力,以及 PL/TRPL 載子壽命研究,確認不同抗衡離子對載子復合動力學之影響,其中 C8TMAI 可顯著降低缺陷密度、延長載子壽命。以 SCLC、EIS、XPS 測試,說明 C8TMAI 可有效減少缺陷密度、改善界面電荷傳輸及結合力。再者,在元件光伏性能比較下可觀察到,於AM1.5G之測試條件下,添加 C8TMAI有最佳光電轉換效率,可使元件 PCE 由15.28% 提升至20.64%。而在元件之長期熱穩定性的分析中,可觀察到在85 °C氮氣環境的加速老化條件下,在1100小時測試後,經XRD量測,未添加C8TMAI的樣品可明顯觀察到PbI2峰,而添加C8TMAI之鈣鈦礦膜可明顯發現PbI2繞射峰的強度明顯下降,顯示C8TMAI的加入可有效抑制鈣鈦礦的降解,使其不因PbI2的析出導致元件效率下降,在元件之測試性能下,也觀察到在經過1100小時後C8TMAI仍維持初始效率的100%。最後,在6500 K、100 lx 室內照明環境下,C8TMAI 之光電轉換效率更高達53.10%,結合前述AM1.5G的測試結果,證實 C8TMAI 在模擬太陽光與室內光源這兩種光源條件下,皆有最佳的光電轉換效率。本研究系統比較不同抗衡離子之界面活性劑對鈣鈦礦薄膜結構、缺陷鈍化及載子傳輸行為之影響,結果突顯 C8TMAI 在改善元件性能及穩定性之關鍵角色,提供後續設計更穩定、高效、並適用於室內照明之鈣鈦礦元件之明確方向及研究依據。