結合矽與鈣鈦礦材料,太陽能轉換效率躍升至 27.2%

作者 | 發布日期 2018 年 07 月 03 日 8:30 | 分類 太陽能 , 能源科技 follow us in feedly

太陽能技術日新月異,光電轉換效率紀錄每隔幾週又會再翻新,像是最近英國太陽能公司 Oxford PV 便透過鈣鈦礦-矽晶太陽能技術,將效率提高至 27.2%。



矽晶太陽能為當前產業首選技術,便宜、高效又穩定的優勢讓太陽光電成為最受歡迎的再生能源,但以目前已大規模商業化的技術而言,其轉換效率預期很難超過 25%,因此科學家一直在尋找另一個太陽能明日之星。

鈣鈦礦則是太陽能領域後起之後,光電轉換效率在 9 年內增加到可與矽晶太陽能媲美的 22%,近年來科學家更為了尋求突破與新材料,紛紛將鈣鈦礦與矽晶太陽能相結合,讓原本處於市場競爭關係的太陽光電材料握手言和,成為新型太陽能電池。

英國 Oxford PV 便以此技術成功研發出 1 平方公分大小的高效率鈣鈦礦-矽晶太陽能電池,該效率除了獲得德國 Fraunhofer 太陽能系統研究所(ISE)認證,也突破單一接面式(Single Junction)矽晶太陽能電池的 26.7% 紀錄。

該公司並不期望能將單一太陽能材料效率最大化,反而利用鈣鈦礦與矽晶電池各自優缺點與不同能隙特性,拚將鈣鈦礦-矽晶太陽能電池轉換效率躍升至 30% 以上。

理論上由於鈣鈦礦與矽晶材料能隙寬度不一,兩者光吸收範圍並不會重疊,因此可各司其職:鈣鈦礦負責吸收綠光、藍光並轉換為電能,矽則用於吸收紅光與近紅外光,但現實往往沒那麼簡單,能隙重疊效應(bandgap overlap effect)仍將底層矽晶太陽能電池的效率砍半,大大影響整體太陽能效率。

為研發出高效率鈣鈦礦-矽晶太陽能電池,該公司結合轉換效率達 17% 與 22% 的鈣鈦礦與矽晶太陽能電池,但由於能隙重疊效應,最終轉換效率比預期少 11% 左右。

不過與一般矽晶與鈣鈦礦電池相比,轉換效率 27.2% 已算是產業大突破。Oxford PV 目前也正努力在德國生產 156mm×156mm 商業尺寸鈣鈦礦-矽晶太陽能電池,並試圖出售其概念。

Oxford PV 執行長 Frank Averdung 指出,公司目前最大挑戰不是在提升轉換效率,而是要穩定其性能。由甲基氨基碘化鉛(MAPbI3)製成的鈣鈦礦遇到濕度會有衰退問題,該公司盼能逐一突破,並希望可在 2019 年投入測試,並於 2020 年推出產品。

Oxford PV 並非世界第一個研發鈣鈦礦-矽晶太陽能電池團隊,2018 年 2 月美國布朗大學與內布拉斯加大學林肯分校(UNL)已如火如荼研發該技術,還想研發出不含鉛的鈣鈦礦電池;瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)與瑞士電子和微技術中心(CSEM)組成的團隊也在本月中旬將該類型電池轉換效率提高到 25.2%,或許業界與研究院未來達 30% 效率指日可待。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:Oxford PV