固態氧化物燃料電池和CIGS太陽能電池薄膜材料簡介
固態氧化物燃料電池材料：
??????? 近百年來，人類科技的進步非常迅速，再加上全球經濟的發展、社會的進步和人口的快速成長，使人類對能源的需求量有增無減，依賴程度也與日俱增，因此造成地球有限的化石能源日益枯竭。將來如果沒有新型的替代能源，人類的生存會出現危機。
??????? 世界各國在開發的新能源中，發現具有低污染、低噪音、免充電、高效率、壽命長、適用范圍廣和可以分布式供電的燃料電池（fuel cell）是最適于投入發展的選擇，在國際上已成為爭相研發的重點科技。
??????? 燃料電池是一種將化學能直接轉換變成電能的裝置，雖然名為電池，但更像一個特殊的發電機，它并不儲存能源，而是轉換能源，只要持續的補充燃料與氧化劑，即可連續運轉發電，且燃料電池所補充的燃料與氧化劑并不經過燃燒反應的過程，而是發生電化學反應產生電流。
??????? 對燃料電池系統而言，固態氧化物燃料電池(SOFC)對環境改善的貢獻可能是最大的。固態氧化物燃料電池又稱第三代燃料電池，系利用固態非多孔之金屬氧化物作為電解質，借著氧離子在晶體中穿梭以進行離子傳送，操作溫度高達800~1000℃。其優點為不需以貴金屬（如Pt）為觸媒，廢熱回收價值高，提高發電效率至65%
??????? SOFC亦可以使用煤氣或天然氣為燃料，惟因其在高溫環境下操作，材料選擇受到若干限制，因此，低溫動作之SOFC高性能電池的開發，已成為國際間積極開發之研究課題。平板式固態氧化物燃料電池的結構，其中關鍵零組件包含陽極(anode)、固體氧化物電解質(electrolyte)、陰極(cathode)、與夾持SOFC的雙極板與密封材料等。由于是全固體的結構，固體氧化物燃料電池具有多樣性的電池結構，以滿足不同的需求。
??????? 固態氧化物燃料電池在發電過程之中，采用在高溫下具有傳遞氧離子(O2-)能力的固態氧化物為電解質，通常直接以天然氣、煤氣等碳氫化合物作為陽極燃料氣體，而以空氣中之氧氣作為陰極氧化劑。氧氣在陰極催化劑的作用下，得到經由外電路從陽極釋放的電子，而被還原成氧離子，氧離子再移動到陽極和氫氣或碳氫類燃料作用，產生水和二氧化碳，并放出電子。經由機械設備將產生之化學能轉化成電能，形成電池的運轉回路。
???????? SOFC之原理如 上圖所示，當空氣通過陰極時，氧分子(O2)得到電子(e-)后變成氧離子(O2-)接著，氧離子在電解質隔膜兩側電位差與濃度驅動力的作用下，透過電解質隔膜中的氧空位，定向躍遷至陽極側，并與燃料（如氫）及一氧化碳進行氧化反應，于單電池之電化學反應中，在使用氫氣為燃料之情形下，為氫氣之氧化生成水的反應，此即為水之電解的逆反應；若是使用一氧化碳為燃料的情形下，為一氧化碳之氧化生成二氧化碳的反應。
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2. CIGS太陽能電池薄膜材料：
由于全球氣候變遷、空氣污染問題以及資源日趨短缺之故，太陽能發電做為動力供應主要來源之一的可能性，已日益引起人們注目，這也是近年以硅晶圓為主的太陽能電池市場快速成長的原因。然而硅晶圓為主的太陽能發電技術其成本畢竟高出傳統電力產生方式甚多，因此目前市場仍只能局限于特定用途，也因此世界上主要的研究單位，均致力于投入太陽能相關技術的研究，企求開發出新的物質，能降低產品成本并提升效能。
薄膜式太陽能電池由于只需使用一層極薄光電材料，材料使用非常少，而且由于薄膜是可使用軟性基材，應用彈性大，如果技術能發展成熟，相信其市場面將較硅晶方式寬廣許多。
??????? CuIn1-xGaxSe2太陽電池在70 年代由貝爾實驗室發展，剛開始是使用CuInSe2，后來發現以一部分Ga取代In 可以提高能隙，進而提升電池性能。因此目前通用的化合物為CuIn1-xGaxSe2，簡稱CIS 或CIGS太陽電池。CuIn1-xGaxSe2的能隙可以由Ga 與In 的相對比例來調整，CuInSe2為1.02 eV，加入Ga 后可提高至1.1-1.2 eV。
CIGS 太陽電池從很早就被視為具有潛力的低成本太陽電池，它有以下幾個特點：
在各類薄膜電池技術中，相對效率較高，目前小面積組件效率已可達19%，大面積的模塊效率已達13%。
它的制程可以使用低成本大面積的化學沉積方法。
其在室外長期使用的穩定性已被證實。
同時它對高強度輻射的抵抗力優于硅晶電池。
重量又輕(因為只需要微米等級的厚度)，因此也適合太空使用。
它又可以使用撓性基板制作，用途廣泛。
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3. 資源再生材料:
藉由科學的方法，將具有可回收再利用之物質從污染物中提煉出來，是本實驗室正在發展的方向之ㄧ。
本實驗室研究之污染源可能來自于:
1.各種化學工業工廠。
2.有毒、有害之廢棄物。
由于本實驗室研究的種類項目繁多，故本文將只有簡單介紹電鍍工業所釋放重金屬之廢水處理，一般使用來處理含重金屬廢水之傳統方法有離子交換 、電解、蒸發、中和沉淀等方法。
(1) 離子交換法:
??????? 用于除去經傳統法處理后之廢水中微量的污染物，以便符合更嚴格的環保法規，或從清洗水中回收帶微量離子電鍍液，使凈化的水回流再利用。
(2)蒸發法:
??????? 用于回收清洗水中，電鍍用之化學藥品的方法，用加溫煮沸，以除去大量的水，并將藥品濃縮送至電鍍槽再用。
(3)電解法:
??????? 自稀溶液中將金屬沉積回收。本法特別適用于貴重金屬。
(4)中和沉淀法:
??????? 對含金屬離子種類繁多之廢水，皆以添加堿液，使其形成氫氧化物沉淀之中和法來處理，有時添加Fe2(SO4)3Al(SO4)3或高分子凝集劑，藉膠凝沉降之效果，可在較低之PH值，使重金屬離子形成沉降。這種方法雖然可以處理廢水達到放流標準，但是會產生大量不易脫水之重金屬污泥，而且脫水后之污泥，若將其任意拋棄，則會由于雨水或地下水之流動，而有再溶出并造成第二次公害的危險，所以必須予以固化裝置。由于污泥是一種非穩定性之氫氧化物。固化后污泥所產生之氧化與還原反應。也易使固化體崩壞分裂，再度造成污染。
??????? 本實驗室在研究上，著重在改良各種污染物之一般處理方法，藉此減少與改善傳統處理方法的缺失，并且積極研發廢棄資源回收的新技術，未來期待研究成果能對環境保育能有所貢獻。