挖掘長期被忽略的材料,新型硫基鈣鈦礦電池性能備受期待

作者 | 發布日期 2020 年 01 月 10 日 14:49 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


鈣鈦礦太陽能物轉換效率高、製造成本又低,惟需提高壽命與穩定性才能更靠近大規模商業化。最近美國與中國科學家挖掘一種長期被忽略的鈣鈦礦太陽能材料,團隊聲稱其具有優於矽晶太陽能的光吸收、電荷傳輸特性,也沒有傳統穩定性低的問題,認為它不該被埋沒,或許能讓 LED 與太陽能市場再度起飛。

鈣鈦礦是種具有通式 ABX結構的化合物,名稱起源於同名礦物鈣鈦礦(CaTiO3),不過除了前者之外,還有許多具有這一結構的晶體,像是常見的鹵化物鈣鈦礦電池:碘化銫鉛 CsPbI3、甲基氨基碘化鉛三鹵化甲胺鉛 CH3NH3PbI等。

不過這次美國紐約水牛城大學(University at Buffalo)團隊採用的不是鹵化物鈣鈦礦,也不是新興材料,而是存在 50 多年、但被人們忽略以久的硫族化物鈣鈦礦(chalcogenide perovskites)硫化鋯鋇 BaZrS3,之前的研究主要都把它們磨成粉末而非製成薄膜,研究方向也非太陽能電池領域。

只是近年來許多科學家借助超級電腦或是機器學習,分析各種硫族化物鈣鈦礦的電子與光學特性,團隊認為 BaZrS潛力極大。

團隊透過雷射加熱來汽化氧化鋯鋇,並沉積在藍寶石基板上(Sapphire,成分為氧化鋁),最後再將薄膜進行硫化反應。水牛城大學物理教授 Hao Zeng 表示,與相同薄度的矽晶太陽能材料相比,新型的鈣鈦礦薄膜光吸收強、電荷傳輸特性佳,轉換效率也更高,即使薄膜受損,性能表現也不差,因此團隊認為這有可能降低太陽能成本。

博士生 Xiucheng Wei 表示,未來團隊還會持續研究 BaZrS的特性,以便之後將它應用在太陽能電池、光電感測器以及 LED 等領域。目前研究已發表在《Nano Energy》

(首圖來源:水牛城大學

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