鈣鈦礦太陽能轉換效率不斷突破,串疊型電池研究備受關注

作者 | 發布日期 2019 年 05 月 20 日 13:59 | 分類 太陽能 , 材料、設備 , 能源科技 follow us in feedly


鈣鈦礦太陽能近年來異軍突起,自從科學家在 2004 年發現它們的光電潛力並深入研究後,轉換效率已從當年的 3.8% 躍升到如今的 24%,現在更有不少科學家瞄準串疊型鈣鈦礦的高轉換效率,致力找出最佳製造配方,盼加速商業化進展。

鈣鈦礦太陽能不含鈣與鈦,是種採用「鈣鈦礦」結構的電池,人們可以把鈣鈦礦晶體結構當成三元組(triad),一部分是鉛,其他部分則是由甲基銨等有機成分與溴、碘鹵化物組成,不同元素或化合物就會有不同的效果。

因此為了加速鈦鈣礦太陽能的商業化進展,各國科學家紛紛祭出不同製造配方,其中一個辦法就是串疊型鈣鈦礦太陽能。過去科學家就發現,只要將錫加入含鉛鈣鈦礦之後,就可以降低鈣鈦礦太陽能的能隙,打造出串疊型雙鈣鈦礦太陽能,讓兩種鈣鈦礦太陽能電池能吸收不同的光譜。

只不過錫金屬在空氣中穩定性不高,錫鉛鈣鈦礦晶格容易產生缺陷,進而破壞電荷傳遞。對此美國科羅拉多大學、托雷多大學、國家再生能源實驗室(NREL)也攜手合作,在錫鉛鈣鈦礦中添加胍硫氰酸鹽(guanidinium thiocyanate),能有效改善錫鉛鈣鈦礦結構和光電性能,新型轉換效率更高達 23%。

(Source:托雷多大學

近年來也有許多團隊正努力發掘鈣鈦礦與其他太陽能技術組合的可能性,舉例來說,美國加州大學洛杉磯分校跟比利時歐洲跨校際微電子研究中心(IMEC)都有投入鈣鈦礦+銅銦鎵硒(CIGS)太陽能的研究,並分別將轉換效率提高至 22.4% 跟 24.6%。

英國太陽能廠商 Oxford PV 則是看好傳統矽晶太陽能與鈣鈦礦的組合,也成功在 2018 年底將轉換效率突破至 28%。

(Source:Oxford PV

顯然有許多團隊都看好鈣鈦礦的開發潛力,正努力開發出轉換效率更高、成本更低的太陽能電池,希望可以藉此降低人們對化石燃料的依賴,不過開發新技術總是會面臨許多挑戰,團隊還是得解決鈣鈦礦太陽能不耐光、水與熱,壽命短的缺點。

就如同托雷多大學物理教授 Yanfa Yan 所說,雖然新型串聯技術材料與製造成本都很低,但是團隊還不確定使用壽命,還需要持續提高效率跟穩定性。除此之外,鈣鈦礦中所含的鉛為有毒元素,開發新技術的同時也需要跟太陽能產業合作,確保太陽能回收廠可回收鈣鈦礦太陽能模組,降低環境的危險因子。

(首圖為示意圖,來源:Flickr/Open Grid Scheduler / Grid Engine CC0 1.0)

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