鈣鈦礦太陽能電池添加「胍」離子,轉換效率穩定保持 19%

作者 | 發布日期 2017 年 12 月 11 日 16:03 | 分類 材料 , 能源科技 , 電池 follow us in feedly

作為太陽能電池市場下一代後起之秀,鈣鈦礦太陽能電池雖然有著亮眼、媲美矽晶太陽能電池的轉換效率,但其目前面臨的最大挑戰也是轉換效率易隨著時間推移而變得不穩定。瑞士洛桑聯邦理工學院的研究團隊現在找到「胍」離子,添加到鈣鈦礦中後可以提高電池穩定性,讓轉換效率長時間保持在 19% 以上。



市場上,矽晶太陽能電池的轉換效率已穩定在 25% 左右,於是短短幾年內轉換效率突飛猛進的鈣鈦礦太陽能電池便成為市場下一代光伏電池的理想選擇,其成長速度已刷新全球紀錄,尤其是有機 – 無機鉛鹵鈣鈦礦能提供多功能性,可能帶來更高的轉換效率。

鈣鈦礦太陽能電池製程簡易、成本低廉,轉換效率卻可突破 20%,外界十分看好未來發展潛力,去年在瑞士舉辦的世界經濟論壇 (WEF)曾將其列為未來改變人類生活的 10 大科技技術之一。

只不過,鈣鈦礦材料也面臨時間壓力,它們容易隨著時間推移而分解出現問題,雖然至今也有不少實驗將無機陽離子如銫、銣添加到鈣鈦礦中來保持高效率,但這些溶液往往難敵現實且昂貴,也因此鈣鈦礦電池價格仍比傳統矽電池還要高。

研究團隊表示,迄今為止,科學家還沒發現能同時提高轉換效率又兼顧穩定性、且更容易合成的有機陽離子,直到最近實驗室將有機胍鹽正離子(CH6N3)引入甲基碘化鉛鈣鈦礦,發現鈣鈦礦穩定性大增,可望成為替代品之一。

胍(guanidinium)呈現晶狀固體,具強鹼性,也稱「氨基甲脒」,可由瓜氨酸氧化製得。一般以鹽的形式使用,是有機合成(合成雜環化合物)、藥物、染料合成的中間體。

添加了胍鹽的鈣鈦礦太陽能電池在全光照測試條件下,至少持續 1,000 小時平均轉換效率都超過 19%,研究人員估計,若假設電池每天接受 6 小時日照,或平均輻照度 250Wm-2(相當於北非環境),這樣的穩定性已經相當於 1,333天(3.7年)的實際使用情況,符合該領域的使用標準。雖然若要通過標準的太陽能電池認證,還需經一系列包括溫度循環和濕熱的壓力測試。

(首圖來源:瑞士洛桑聯邦理工學院

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