鈣鈦礦與矽晶完美搭配,串疊型太陽能效率有望達 30%

作者 | 發布日期 2020 年 03 月 12 日 14:52 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


提高太陽能板轉換效率的方法有許多種,有些研究機構從材料著手,全力開發新型的太陽能電池材料,有些人則是在製程方面添新意,而美國科學家決定利用一加一大於二的概念,將兩種太陽能電池併在一起,最終成功將轉換效率提高到 27%。

目前市面上最常見的太陽能電池是矽晶太陽能,但它只能吸收波長 1,000 奈米以下的近紅外光、可見光及紫外光的,僅轉換 18%-21% 的太陽能,距離極限 29% 愈來愈近,若要更上一層樓,勢必不能走老路。美國科羅拉多大學波德分校(CU Boulder)與美國國家再生能源實驗室(NREL)將新興太陽能材料鈣鈦礦與矽晶太陽能「合二為一」,希望能進一步提高效率。

這種太陽能稱為串疊型或多接面技術,最早出現在 1970 年代,當時最高轉換效率高達 45%,只不過當時電池只能生長一層原子層,故這類型太陽能的價格非常高昂,每平方公尺 80,000 美元,不是每個人人都能負擔。

而該團隊指所以選用鈣鈦礦太陽能,則是因為鈣鈦礦具有效率高、材料與製程成本低優勢,目前鈣鈦礦轉換效率最高已突破至 26% 以上,若與矽晶太陽能合作,就可截長補短、負責吸收矽晶太陽能所不能吸收的波長。

事情總沒那麼簡單,串疊型電池可能會影響製程,底層矽晶太陽能吸收紅光、紅外光的效率也會受影響,團隊剛開始轉換效率只有 13%,比單一的矽晶太陽能還要低、效率更沒有達到商轉門檻。

不過這次團隊研發出全新的鈣鈦礦太陽能電池,以往的鈣鈦礦電池多由氯、溴或碘鹵化物製成,但團隊這次將他們「合在一起」製成氯、溴與碘三重鹵化物(triple-halide)合金,也添入更多的氯,提高鈣鈦礦太陽能的能隙,最終成功拉高轉換效率。

團隊製造出 1 平方公分大小的三重鈣鈦礦電池,在攝氏 60 度環境下待了 1,000 小時後,效率不僅達到 20.3%,性能也維持在 96%;攝氏 85 度環境下 500 小時後,也還能保持 97% 以上性能。加裝在矽太陽能板後,轉換效率更已達到 27%。

團隊認為,鈣鈦礦成本便宜、製造不耗能,相對容易製備,經過 1,000 個小時的強光和熱測試之後,效率變化也不大,是種極具潛力的太陽能材料。CU Boulder 生物工程與化學教授 Michael McGehee 表示,目前鈣鈦礦-矽串疊型太陽能的效率已經超越傳統矽晶太陽能,團隊相信最終效率不僅可提高到 30% 以上,也能維持高穩定性。

(首圖來源:NERL

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