鈣鈦礦發展大突破,功率轉換效率提升至 20% 更解決遇水衰退問題

作者 | 發布日期 2018 年 09 月 12 日 15:25 | 分類 太陽能 , 材料、設備 , 電池 follow us in feedly

鈣鈦礦太陽能電池發展潛力大,光電轉換效率幾乎可媲美傳統矽晶太陽能電池,但其材質脆弱,更有遇水降解難題,而目前卡達、瑞士和義大利研究員以全新防水材料,不僅提升鈣鈦礦太陽能電池的穩定性和功率轉換效率(power conversion efficient),更解決鈣鈦礦遇水衰退的問題。



鈣鈦礦為太陽光電後起之秀,轉換效率更在短短 9 年內提升 6 倍、從 3.81% 提高到如今的 22.7%,也有許多科學家將鈣鈦礦太陽能與矽晶太陽能、銅銦鎵硒(CIGS)太陽能串聯,進一步刷新業界紀錄。

該電池材料來源也相當豐富,製程也不像矽晶太陽能那麼複雜,好比矽晶太陽能製程通常需要加熱到攝氏 900 度以上,鈣鈦礦則僅需 100 度左右即可,未來更可藉由印刷技術打造重量輕、可撓式薄膜鈣鈦礦太陽能電池。

照理來說該技術原料多又便宜、轉換效率更以驚人速度成長,應該很快就可以達成商業化,可惜鈣鈦礦會因為水、溫度、氧、紫外線等影響而衰退,得緊密封裝防止電池遇水衰退,而目前又尚未開發出有效的防水材料,因此在穩定性與壽命方面,矽晶太陽能仍略勝一籌。

為進一步提升鈣鈦礦太陽能的競爭力,聯合團隊透過自組裝(self-assembly)技術讓 2D 鈣鈦礦在 3D 鈣鈦礦層上方自行拼裝,打造低維(low-dimensional)複合鈣鈦礦電池,並成功抵禦濕氣入侵、有效緩減鈣鈦礦太陽能遇水衰退問題,即使在潮濕狀態下放置 3 天都沒有出現衰退問題。

(Source:論文

新型複合鈣鈦礦太陽能電池除了將功率轉換效率提升至 20% 以上,且由於防水性能提升,鈣鈦礦電池穩定性也延長到 200 小時,論文共同作者兼瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)教授 Mohammad Khaja Nazeeruddin 表示,該材料還可應用在 LED 與光檢測體(photodetector)。

現在也有不少廠商正努力提高鈣鈦礦太陽能電池的防水性能,像是歐洲太陽能技術聯盟 Solliance 便是其中之一,該聯盟才在 2017 年 11 月宣布其防水薄膜鈣鈦礦電池轉換效率已突破 13.5%,顯示有多家研究院與廠商看好鈣鈦礦太陽能,希望可助該技術一臂之力朝商業化發展。

聯合團隊研究下一步則將持續最佳化材料與擴大鈣鈦礦的應用範圍,新研究已發表在《NANO LETTER》期刊。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:Flickr/zak zak CC BY 2.0)