Presenter:香港電台公共事務組
嘉賓: 香港城市大學香港清潔能源研究院副院長葉軒立教授
「我是葉軒立,是香港青年科學院的院士,也是香港城市大學材料科學與工程系,以及能源與環境學院的教授,同時我亦兼任香港清潔能源研究院副院長。我研究的方向最主要是研究新型太陽能技術,希望可以促進城市內更好運用可再生能源,研究的最主要的方向是可溶液加工的半導體,可以通過印刷式方法,製造新一代的太陽能電池,以及推動其商業化和創新應用。」
太陽能其實是地球上資源最豐富的可再生能源,光伏技術是指將太陽能的光能轉化成電能的技術,現時被廣泛使用的是傳統的晶硅太陽能板,常用於天台或者地面電站發電,不過香港山多、平地少,而且高樓密集,要大規模地去發展太陽能,有一定的局限。
「我們要通過一些創新科技,配合太陽能的發展,找出適合在市區使用的光伏技術,如果可以發展出來,對香港非常重要。最近幾年,我們的團隊一直研發適合香港市區應用的光伏技術,最主要是柔性、非常薄和輕的光伏技術,我們稱它為第三代柔性太陽能電池,最主要的材料是有機半導體,這些材料是高分子材料,在彎曲情況下,不會影響發電性能,同時可以用溶液加工,用一個捲對捲像列印報紙的方法,就可以大規模生產。 這些柔性的光伏不僅輕,亦可以造成不同的形狀和不同尺寸,甚至可以半透明、顏色可調,同時兼具發電及隔熱多功能集成的優勢。 剛才提及,我們可以用大面積如像列印報紙般,捲對捲加工的方法來製造,所以我們可以將它的價錢變得很便宜。 如果我們可以將它應用在建築物上,可以用來造一個窗簾,一個會發電的窗簾。無論新的建築物,或是舊的建築物,我們都可以安裝得到。它不單可以發電,亦可以有隔熱的功能,即是除了產能以外,亦可以達至節能的效果。」
未來科學家除了會繼續研究如何將光伏技術的效率提高,將電池壽命延長和降低成本之外,亦會推動將太陽能板同大廈牆身,以至地面路磚相結合。
「現在有一個很新的技術,叫鈣鈦礦太陽能電池,它可以用溶液去加工,最主要的好處就是它的效率已經和第一代的晶硅太陽能電池相媲美,甚至有機會把效率進一步提高。香港城市大學其實也針對這方面有進行研究,我們跟政府有很多項目在進行,未來一至兩年,我們希望在香港做到自己的太陽能技術,可以在香港應用。 現在有一個新的趨勢名為光伏建築一體化,英文是”Building Integrated PV Technology (BIPV Technology)”,這對香港來說很有用,因為香港有很多高樓大廈,如果我們可以將光伏技術和大廈本身集成,我們就可以利用大廈的垂直面發電,可以大大提高這些太陽能的應用。除了剛才提到的BIPV,亦有一些新的技術,例如如何將太陽能板和路磚結合起來,我們甚至可以行在上面,人可以行,單車也可以行,我們可以利用道路去造成太陽能發電。 現在香港政府亦在推動另一種技術叫做Floating PV,即是可以在水面上浮動的太陽能板,考慮到香港其實有很多水資源,如果我們可以在水塘的表面,或者在近海位置安裝太陽能板,我們可以解決缺少地面面積的問題。 最後就是智能光伏系統,亦是未來一個很大的趨勢。 如何結合現在比較熱門的物聯網、人工智能,達至實時監察,或者優化整個太陽能系統的運行,最好地利用到它的效率,這也是未來我們要集中研究的一個方向。」
Presenter:香港電台公共事務組
嘉賓: 香港青年科學院院士、香港科技大學超材料研究中心主任李贊恒教授
「大家好,我是李贊恒教授,我在香港科技大學物理系擔任教授,也是超材料研究中心主任,我也是香港青年科學院院士。我的研究領域主要是圍繞超材料以及納米光子學,我的研究目標是通過這些精細的納米結構的設計來構建新的超材料,實現一些看上來科幻的應用,譬如電影《哈利波特》中的隱形斗篷。」
超材料是一種人造的材料,有別於一般材料通過化學成分來決定它們的光學性質,超材料可以因應內部的結構設計,可以跳出這個框框,意味著它可以超越一般材料所能提供的光學性質。
「我舉一個例子,例如我們要描述光的傳播方向,我們通常是通過折射率,通過這些特別的結構,我們可以控制光波,甚至有時候是聲波,或者水波或彈性波的折射率,它可以令到它很大 ,遠大於空氣的折射率,甚至可以是負數,這些特別的控制能力令到超材料可以用在一些很特別的用途,例如剛才我提及,可以使一些物體隱形或者製造錯覺,混淆物體的大小和位置。 另外,超材料也可以用於例如高效的吸音,或者改良天線的接收率的應用。我舉一個簡單的例子,例如我們的眼鏡,其實我們的透鏡是用它的曲面來控制光線,但是如果用上這些超材料或者超表面的話,其實可以純粹通過組建這些納米結構形成一個表面,可以用很平、很薄的材料來製造這些透鏡,甚至可以超越原來透鏡的控制能力,令到光學器件更輕或者更省空間,直接就可以改變現在光學領域的一些相關研究甚至應用。 超材料的應用可以用來改裝手提電話或者顯微鏡的鏡頭,令到它有新的感受,譬如它可以感受到光的偏振,譬如現時我們日常生活中聽見的虛擬實境(VR)或者擴增實境(AR),也可以做更高解像度的全息圖, 這些用上超材料或者超表面,就可以用單層的納米結構實現,它有更高的效率,也有更少的像差,頻率上也可以更寬大,令到它從成像到通訊方面,功能都可以有所提升。剛才我提到《哈利波特》裡面的隱形斗篷,其實很像很遙遠,但超材料已經開始可以令它實現,最重要的就是它背後的原理,靜悄悄地為我們現在製造光學元件帶來一些衝擊和變化,因為它的原理可以令到那些光學器件更加輕,所以譬如在隱形斗篷這個例子上面, 我們希望以後可以造出更薄和輕的隱形斗篷,使用這些超表面來實現這個目標。」
科學家正在研究,將這些超表面可以與現有的半導體製造工藝相結合,有助實現大規模生產。
「它已經有研究的價值,但是要有應用的價值,我們一定要令到它能夠更便宜地生產,所以我們現在研究的會是一些納米印壓技術,令到它能夠更大面積,更容易地生產。 另外,我們也會在一些新的領域上面,希望用到這些超表面,因為它可以令到東西更輕。在我的研究當中,我們很希望將這些超表面,用在量子光學來發揮更大的作用。 在量子光學中,其實這些超表面是可以更精確地控制光的量子態,希望它們能夠對譬如量子的計算或者是量子的通訊,令到它的元件更輕,更加省空間,這些都是我們未來這幾年,甚至十年想達至的趨勢。」