不含鉛的鈣鈦礦太陽能何時問世?美科學家已找到潛力替代元素

作者 | 發布日期 2019 年 11 月 14 日 14:32 | 分類 太陽能 , 能源科技 follow us in feedly


為了提高轉換效率,目前的鈣鈦礦太陽能電池大多都有添加有毒金屬鉛,不過現在有科學家發現或許可以用銦(Indium)取代鉛,在維持高轉換效率的同時,也能提升太陽能電池穩定性與耐濕、熱程度,這樣一來就能降低鉛的含量。

銦是科技產業的關鍵元素,主要運用在半導體、焊接或是重要透明導電膜 ITO,而銦也可以用來製造薄膜太陽能電池,其中銦是硫化鋅礦石的次要成分,鋅、鐵、鉛、銅和礦石精煉的副產物,來源非常廣泛。

若銦可以取代有毒物質鉛,或許可以緩解人們對鈣鈦礦安全性的疑問,雖說鈣鈦礦太陽能電池的鉛含量只有少少的 2 公克,遠遠低於矽太陽能 16 到 18 公克,但不管是市面上其他含鉛的產品還是矽晶太陽能板,這些都不易溶解,偏偏鈣鈦礦電池有著遇水降解問題,一旦太陽能板受損,下雨時鉛就會流至自然環境中。

目前常用的鈣鈦礦太陽能為有機、無機材料雜化而成的鈣鈦礦電池,縱使轉換效率進步飛快,從 3.8 % 躍升到可媲美矽晶太陽能電池,但有機離子易揮發、遇熱易衰退的特性,大幅降低電池穩定性。隨著鈣鈦礦太陽能電池加速商業化進展,鉛安全性,電池耐熱度、耐濕度等穩定性議題將會不斷被提及。

先前中國太陽能廠商保利協鑫許下宏願,2020 年後將鈣鈦礦產能從 10MW 增加到 100MW,2021 年後突破 1GW 規模,該團隊現在也正努力降低鈣鈦礦電池的鉛含量。

▲ 圖為電池橫切面,由上至下分別為碳電極、鈣鈦礦、氧化鈦、摻氟氧化錫和玻璃。(Source:萊斯大學

因此為了一探銦的能耐、是否能取代鉛,解決太陽能電池的穩定性問題,美國萊斯大學改用熱穩定性較高的無機鈣鈦礦電池碘化銫鉛 CsPbI3,加以分析電池缺陷調變(Defect Engineering)後,再添加銦和溴,希望能調控太陽能電池的缺陷特性、降低缺陷密度。

研究結果發現,他們能夠在維持效率高的同時,提升材料穩定性,目前研製出的小型電池最高轉換效率為 12.04%,開路電壓為 1.2V,除此之外,團隊表示他們可以在常溫環境下製作新型太陽能電池,電池封裝後穩定性也長達 2 個月,相較之下過去只能維持短短幾天而已。

團隊認為,最佳化後新型鈣鈦礦太陽能電池轉換效率可達 20% 。論文主要作者 Jia Liang 表示,與矽晶太陽能電池相比,它具有製造便宜等優勢,只需將材料鋪在在電池基板上,乾燥後即可變成太陽能電池。

(首圖來源:萊斯大學

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