轉換效率高但耐用性低?科學家突破鈣鈦礦太陽能難題

作者 | 發布日期 2020 年 04 月 09 日 10:41 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


得益於鈣鈦礦材料的特殊晶體結構、可調變能隙特性,鈣鈦礦太陽能板的轉換效率相當高,只是這也讓太陽能電池更容易受到光、熱、氧氣與溼氣的影響,所幸最近南韓科學家已成功提高鈣鈦礦的防禦力,轉換效率更達 20.7%。

鈣鈦礦是具有通式 ABX₃ 結構的化合物,能把光轉換成電、也可以把電轉換成光,因此在 LED、雷射、太陽能等領域都吃得開,且它還有原料取得容易、合成方法簡單、價格低廉等優勢,目前鈣鈦礦在太陽能領域表現也可圈可點,最高轉換效率已達 26%。

不過鈣鈦礦太陽能由於對紫外線、濕氣較為敏感,穩定性不佳,尚未大規模商業化,科學家們首先要解決上述問題才可以讓鈣鈦礦踏出實驗室。

對此韓國科學技術高等研究院(KAIST)、首爾國立大學和世宗大學攜手合作,透過在鈣鈦礦內部的 2D 鈍化層加入苯乙胺(phenethylammonium ),仔細調整二維層的分子混合比例,進而提高鈣鈦礦電池的效率和耐用性,實驗結果也表示,全鈣鈦礦太陽能電池最高轉換效率已達 20.7%,連續光照1,000 小時後仍維持 80% 轉換效率。

▲ 2D 鈍化層的原子結構(Source:KAIST

研究指出,若該鈣鈦礦電池與矽晶太陽能串疊,轉換效率更可提高到 26.7%,首席研究員 Byungha Shin 表示,團隊已經研發出高品質的寬能隙鈣鈦礦材料,該電池也能與矽晶太陽能串聯,有望研發出效率更高的鈣鈦礦-矽晶太陽能電池。

寬能隙鈣鈦礦是實現串疊型太陽能的重點,在串疊型太陽能研究中,矽晶太陽電池主要置於下方,在上方疊以寬能隙(Wide Bandgap),而上方的寬能隙電池可吸收藍光等高能量短波長,底下的矽晶太陽能吸收紅光等低能量長波長,這種太陽能的轉換效率有機會提高到 30%。

(首圖來源:Flickr/SteFou! CC BY 2.0)

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