太陽能界黑馬?單晶鈣鈦礦電池轉換效率已達 21.9%

作者 | 發布日期 2019 年 07 月 17 日 14:07 | 分類 太陽能 , 能源科技 follow us in feedly


在各界研究團隊的努力下,鈣鈦礦太陽能的轉換效率已經超越目前市面上常見的太陽能板,但它們仍有不耐水氣、高溫與紫外光等難題,離商業化還有一段距離,最近沙烏地阿拉伯科學家或許已找出解決辦法,他們研發出耐用、且轉換效率達 21.9% 的單晶鈣鈦礦電池。

鈣鈦礦電池除了成本低、易於加工外,還具有優異的光學和傳輸性能,備受太陽能科學家愛戴,其中鈣鈦礦電池性能和穩定性皆取決於薄膜形貌(morphology),然而鈣鈦礦電池多是由無序或是有缺陷的多晶薄膜製成,這些多晶鈣鈦礦薄膜存在許多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷,會使電子與電洞對(載子)再結合,轉換效率難再提升。

因此來自沙烏地阿拉伯阿布都拉國王科技大學(KAUST)的團隊,決定用單晶薄膜取代多晶薄膜。與多晶鈣鈦礦相比,單晶鈣鈦礦擁有較高的結晶品質,光吸收範圍與熱穩定性也更佳,商業應用價值較高。

就以矽晶太陽能來說,單晶矽太陽能也因為組成原子均按照一定的規則與週期性的排列,純度更要求達 99.9999%,普遍來說單晶矽的轉換效率都比多晶矽太陽能還要高。

如今已有愈來愈多科學家關注到單晶鈣鈦礦的優勢,而 KAUST 亦然,最近便透過逆溫長晶(inverse-temperature crystal growth)技術,在兩片塗有聚合物塗層的基板中生長出鈣鈦礦單晶,研發出新型單晶甲基氨基碘化鉛(MAPbI3)鈣鈦礦電池。

(Source:KAUST

研究指出,新型單晶 MAPbI鈣鈦礦厚度約 20 微米,經過銅處理後再製成 1mm² 厚的太陽能電池,轉換效率最高已達 21.9%。

該轉換效率除了超出科學家預期,也比過去其他機構研究的成果還要高,KAUST 化學科學助理教授 Omar Mohammed 表示,團隊還以為要打造更薄的鈣鈦礦薄膜,才能將轉換效率提高至 21%,再加上晶體生長相當不易。

但若要將技術推出實驗室,還得進一步擴大單晶 MAPbI鈣鈦礦電池的尺寸。以過去的經驗來看,許多實驗室得太陽能技術雖然已達到高轉換效率,但放大尺寸之後,轉換效率跟壽命都會略為下降。目前研究已發表在《ACS Energy Letters》。

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