透過神奇材料磷烯,鈣鈦礦太陽能轉換效率再提高 3%

作者 | 發布日期 2019 年 06 月 24 日 14:00 | 分類 太陽能 , 材料、設備 , 能源科技 follow us in feedly


若是提到新一代神奇材料,或許大家一開始都會想到石墨烯,但除此之外,也有不少材料正在暗中發光發熱。最近澳洲科學家便透過結構與石墨烯類似的磷烯(phosphorene),成功將鈣鈦礦太陽能轉換效率提升 2 到 3%。

石墨烯有諸多優良的性能,像是無比堅硬、導電速度快等都是備受科學家關注的原因,但它並不是個天然的半導體,通常半導體材料可利用能隙來控制電流,但石墨烯卻沒有能隙,雖然電流傳導速度較快,但難以控制電流。

而磷烯是實實在在的半導體材料,能透過能隙來控制電流開關,導電性則跟石墨烯一樣,比現在使用的矽材料要快上數十甚至數百倍,因此澳洲福林德斯大學與昆士蘭大學等團隊便看好磷烯特性,認為它可以幫助鈣鈦礦太陽能一臂之力。

其中磷烯是由層狀黑磷塊材剝離而成,隨著減少層數,發光的範圍可從中紅外到可見光,因此如何從黑磷單層磷烯是團隊首要挑戰,福林德斯大學科學與工程學院博士 Christopher Gibson 表示,團隊已經找出全新方法來剝離磷烯,這將有助於生產更高效與便宜的太陽能電池。

(Source:福林德斯大學

在該實驗中,團隊透過南澳大學研製的渦流裝置(Vortex Fluidic Device,VFD)的快速剪應力(shear stress),成功剝離出 4.3 奈米厚的磷烯奈米層片。Gibson 指出,在鈣鈦礦太陽能電池添入磷烯後,轉換效率也提高 2% 到 3%。

根據團隊在《Small Methods》的論文,新型剪應力剝離方法在較短的時間內,就能產生出結晶質高、原子級厚度較薄的磷烯奈米片。之後團隊把磷烯奈米片當作電子傳輸層材料(ETM)後,轉換效率也成功從 14.32% 提升到 16.53%,最高則達到 17.85%,效率已經可與高溫製作法匹敵。

若能進一步提高鈣鈦礦太陽能的轉換效率,將能加速其商業化進展,指導教授 Joseph Shapter 表示,矽晶太陽能是目前最常見的太陽光電技術,但我們需要耗費許多電力與能源來製造電池,相較之下鈣鈦礦電池永續性較高。

也因為鈣鈦礦太陽能具有材料成本低、建造成本低等優點,大規模商業化後,最終也能降低太陽能整體成本,進而提高再生能源的普及率。

(首圖來源:Flickr/Steve Rainwater CC BY-SA 2.0)