朝商業化邁進,新型長壽鈣鈦礦電池效率達 20.2%

作者 | 發布日期 2019 年 01 月 25 日 9:00 | 分類 太陽能 , 能源科技 follow us in feedly


日本沖繩科學技術大學院大學(OIST)2018 年曾研發出運作 800 小時後無明顯衰退、製程簡易的鈣鈦礦太陽能電池原型,如今該團隊進一步表示,他們已運用新技術,將鈣鈦礦太陽能轉換效率提升至 20% 以上。

太陽光電為近年來炙手可熱的再生能源產業,除了已經抵達大規模商業化的矽晶太陽能與薄膜太陽能,現在還有許多太陽光電技術正在實驗室蓄勢待發,就好比鈣鈦礦與有機太陽能電池等,各國科學家都希望可盡快加速其商業化進展。

鈣鈦礦與有機電池被科學家分類在第三代太陽能中,它們具有製造成本低、可撓、轉換效率高等優點,尤其鈣鈦礦太陽能轉換效率已在短短 9 年間提高到 22%,成長空間也尚未觸頂。只不過鈣鈦礦太陽能的運作壽命相當短,潮濕條件、甚至是接觸陽光都會讓電池材料分解,至今該電池仍無法跨越商業化門檻。

OIST 投入鈣鈦礦電池研究行之有年,近期則又有新進展,他們透過改變太陽能電子傳輸層材料,延長電池使用壽命。其中太陽能電池基本結構為:電池基板、陽極、主動層、電子傳輸層與陰極,當電池吸收陽光時,會在主動層產生電子電洞對,科學家則運用電子傳輸層來控制電子與電洞的流向,進而產生電流與電壓。

根據團隊先前的研究,他們發現原先使用的二氧化鈦電子傳輸層容易降低電池品質,二氧化鈦與鈣鈦礦在陽光下時會相互反應,最終快速分解,於是團隊換改成使用二氧化錫,進一步發現可提高電池壽命 3 倍以上。

▲ 新型鈣鈦礦太陽能模組可為小型電風扇供電。

目前 OIST 團隊已成功研發出新型鈣鈦礦電池原型,其轉換效率達 20.2%、壽命約為 625 小時,隨後為了證明商業化可行性,團隊也擴大電池尺寸,打造出長寬 5 公分、面積約為 22.8 平方公分的太陽能電池模組。

雖然尺寸擴大讓轉換效率與壽命則分別下降至 12% 與 515 小時、跟團隊過去的研究相比,轉換效率跟壽命也都比較低,但該研究也是全新的嘗試與突破,若研究有成,亦有助於鈣鈦礦太陽能電池的發展。

未來研究員將持續最佳化電池設計,希望可在不影響效率的情況下擴大鈣鈦礦電池尺寸,之後再將鈣鈦礦應用在玻璃窗戶、窗簾或是攜帶式電子設備等。OIST 能源材料與表面科學助理教授戚亞冰(Yabing Qi)指出,如今鈣鈦礦的效率已具商業可行性,團隊樂觀認為該技術可在幾年內跨出實驗室。

(圖片來源:OIST

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