全新電子傳輸層登場,鈣鈦礦太陽能轉換效率有望提高 16%

作者 | 發布日期 2019 年 03 月 07 日 8:00 | 分類 太陽能 , 能源科技 follow us in feedly

鈣鈦礦太陽能電池基本上是由金屬鹵化物化合物構成,具有多種材料配方與排列組合,而最近日本大學團隊成功在鈣鈦礦材料研究有所突破,團隊將兩種氧化鈦層疊起製成電子傳輸層後,太陽能轉換效率有望提高 16.82%。

由於矽晶太陽能製程繁瑣,需要真空與超過 1,000℃ 的高溫製造環境,現在已有許多科學家將研究目標轉換到其他新興太陽能電池技術,其中鈣鈦礦太陽能就是備受看好的生力軍之一,除了可運用全溶液製成技術、在低溫下製造,材料成本也相對低廉,更可透過噴塗與印刷技術來製造可撓或是大型電池。

鈣鈦礦太陽能的電池結構大多為陰極-電子傳輸層-鈣鈦礦的光吸收層(主動層)-電洞傳輸層-陽極,當電池吸收陽光時,會在主動層產生電子電洞對,科學家則運用傳輸層來控制電子與電洞,進而產生電流與電壓。

而由金澤大學與東海大學(Tokai University)等大學組成的日本團隊則看好暨透明又輕薄的氧化鈦,決定以板鈦礦與純銳鈦礦兩種氧化鈦材料製造成全新的電子傳輸層。

團隊首先以低溫、水性環保方法打造板鈦礦奈米粒子,同時將溶液噴塗在透明玻璃與加熱到 450℃ 來製造銳鈦礦層,之後再分別製出多相銳鈦礦-板鈦礦、板鈦礦-銳鈦礦組合與直接將銳鈦礦跟板鈦礦做成的單相電子傳輸層,這樣一來科學家就可以比較與測量各種不同的型態、光學與結構特徵,最終知曉哪種最適合用在太陽能電池。

實驗指出,板鈦礦電子傳輸層的功率轉換效率已超越過去研究高達 14.92%,銳鈦礦-板鈦礦則是 16.82%。東海大學化學系副教授 Koji Tomita 表示,透過在銳鈦礦層疊上板鈦礦,團隊未來有望將鈣鈦礦太陽能轉換效率提高16.82%。

論文第一作者 Md. Shahiduzzaman 表示,這些材料與組合可讓科學家更容易控制電子,可有效防止電荷在鈦鈣礦與電子傳輸層之間重新組合,最終得以提高太陽能轉換效率。

研究團隊未來也將持續最佳化電子傳輸層設計,希望可進一步加速鈣鈦礦太陽能的商業化進展,使人們在將來有一天能使用低成本又可撓的太陽能板。

(首圖為示意圖,來源:Flickr/ESA_events CC BY 2.0)