降低遇氧衰退問題,新型串疊型鈣鈦礦太陽能轉換效率已達 25%

作者 | 發布日期 2019 年 04 月 22 日 8:45 | 分類 太陽能 , 材料、設備 , 能源科技 follow us in feedly

鈣鈦礦太陽能已成為現在熱門的科學研究,不少學者正為了提高轉換效率以及降低遇氧衰退等問題而努力著,最近美國國家再生能源實驗室(NREL)則研發出串疊型全鈣鈦礦太陽能板,不僅緩解上述難題,轉換效率更可達到 25%。

在鈣鈦礦研究中,通常科學家目光都集中在寬能隙鈣鈦礦上,這是因為寬能隙材料比較耐高溫與高壓,也可以對太陽光譜中紫外線等較高能量的區域做出反應,但是若要打造串疊型鈣鈦礦太陽能,勢必要有一個鈣鈦礦太陽能是低能隙材料,這樣兩個太陽能電池才能吸收不同的光譜。

一般來說鈣鈦礦太陽能主要金屬為鉛,而科學家過去研究發現,只要將錫加入鉛鈣鈦礦之後,就可以降低鈣鈦礦太陽能的能隙,像是 2014 年美國與日本聯合團隊就整合傳統鈣鈦礦與錫鉛鈣鈦礦,將轉換效率提高至 23%。

只不過加入另一種元素也代表著性能會跟原本有所不同,錫金屬在空氣中相對不穩定,錫鉛鈣鈦礦晶格容易產生缺陷,進而破壞電荷傳遞致使太陽能電池效率不盡理想。

對此,NREL 提出一項解決方案,他們在錫鉛鈣鈦礦中添加胍硫氰酸鹽(guanidinium thiocyanate),此有機化合物除了可以防止鈣鈦礦中的錫與氧起反應,也能提高鈣鈦礦的性能,研究測試指出,電子激發時間已超過 1 微秒,與過去相比高出 5 倍,且錫鉛鈣鈦礦層的轉換效率也從 18% 提升至 20%。

目前 NREL 已將鈣鈦礦層與新型錫鉛鈣鈦礦串疊,轉換效率已突破至 25%。

該研究將有助於再次加速鈣鈦礦太陽能的進展步伐,其中鈣鈦礦太陽能是備受看好的下一代太陽能技術,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 10 年間提高到 24% 以上,近期科學家的串疊型太陽能轉換效率也不斷破紀錄,像是英國 Oxford PV 的矽-鈣鈦礦轉換效率已達 28%,距離其 30% 目標愈來愈近。

而理論上串疊型全鈣鈦礦的轉換效率高達 30%,顯然成長空間尚未觸頂,NREL 資深科學家 Joseph Berry 則表示目前團隊也正努力提高上層鉛鈣鈦礦的效率,希望未來可以再將轉換效率更上一層樓。

(首圖來源:pixabay