就像抹刀塗奶油,荷蘭科學家推出鈣鈦礦太陽能新製程

作者 | 發布日期 2019 年 03 月 29 日 7:45 | 分類 太陽能 , 能源科技 follow us in feedly

鈣鈦礦太陽能轉換效率在短短十年內從 3.8% 提高到 24%,不少科學家也在期間突破容易衰退、不耐用、含鉛等問題,距離商業化或許只差臨門一腳,現在荷蘭科學家更研發出全新鈣鈦礦太陽能製作方法,聲稱有望製造出既穩定又高品質的電池。




鈣鈦礦太陽能電池是由金屬鹵化物化合物構成,不同的材料配方與排列組合,會有不同的性能,荷蘭格羅寧根大學則看好一種名為 FAPbI3(Formamidinium lead iodide,甲脒碘化鉛,脒音同米)的鈣鈦礦太陽能。荷蘭格羅寧根大學光物理與光電子學教授 Maria Antonietta Loi 表示,FAPbI材料性能非常好,只可惜甲脒離子(下方藍色 A)會降低結構穩定性,進而影響太陽能的光電活性。

▲ 圖為鈣鈦礦太陽能的結構式 ABX3,基本上為立方晶體結構,藍色 A 與黑色 B 都是陽離子,紅色 X 則是陰離子。(Source:Illustration Korjus via Wikimedia CC BY-SA 3.0)

而該團隊近期除了成功找到解決之道,也在陰錯陽差下尋覓出適合工業生產的鈣鈦礦製造方法。

團隊研究員 Sampson Adjokatse 首先以不同鈣鈦礦材料進行實驗,運用分子較大的 2-苯乙基銨(2-phenylethylammonium)離子來製作鈣鈦礦材料。並運用刮刀技術(doctor blade)將 2-苯乙基銨材料均勻抹在基板上──彷彿是在吐司上塗抹奶油一樣,最後生成 500nm 厚的薄膜,讓材料形成 2D 鈣鈦礦結構,Adjokatse 表示,之後團隊會再將 2D 鈣鈦礦薄膜當成模板,進一步打造3D FAPbI薄膜。

(Source:荷蘭格羅寧根大學

團隊之後將 2D 鈣鈦礦薄膜浸泡在甲脒碘化物溶液中,透過「陽離子交換(cationic exchange)」讓甲脒將 2-苯乙基銨取而代之,最後變成 3D 鈣鈦礦薄膜。Loi 表示,與舊有的 2D 鈣鈦礦薄膜相比,FAPbI3 薄膜的光致發光結果更佳,接觸到濕氣與光也不會快速衰退。

這代表該技術能有效緩減鈣鈦礦太陽能遇水衰退的問題,其中光致發光也是一種非破壞性檢測材料電子結構的方法,透過觀測材料吸收光或電磁波後重新輻射出的螢光,得出材料的特性與壽命,這對太陽能板來說相當重要。

荷蘭格羅寧根大學團隊指出,該製程規模也易於調整,對將來的工業規模生產大有裨益,Loi 表示,太陽能電池最終還是會邁向大尺寸面板生產,因此低成本又高品質的技術非常重要。

(首圖來源:Flickr/SteFou! CC BY 2.0)