辣椒、除草劑都可以拿來用,跨領域提高太陽能性能

作者 | 發布日期 2021 年 02 月 21 日 10:35 | 分類 太陽能 , 材料、設備 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


其實有很多東西可以用來提高太陽能性能。像是名字俗擱好記的「敵草快」,除了是一種兼具乾燥劑與橙劑作用的除草劑,科學家還發現,還可以提高有機太陽能轉換效率 1.6% ;又或是加一味增添香氣的辣椒,也能用來增加鈣鈦礦太陽能的穩定性。

通常太陽能板是由矽等無機材料製成,鈣鈦礦太陽能與有機太陽能則是一種光電材料突破。有機太陽能主要使用導電聚合物或染料小分子製成,在製程方面不僅能讓噴塗、印刷太陽能成為可見的未來,有機太陽能板還具備重量輕、可撓等優勢,大幅提高太陽能板的應用範圍,有望裝置在衣服、穿戴式裝置等。

鈣鈦礦太陽能則是由便宜、豐富的碘、碳和鉛化學物質製成,所需能源較少,且鈣鈦礦重量輕、又可以製成可撓模組,太陽能板設計能更加多樣,更何況轉換效率還達 25%。

而為了要加速這兩種太陽能的進展,勢必要提高光電轉換效率、簡化製程最後降低成本。其中在又機太陽能實驗中,沙烏地阿拉伯阿布都拉國王科技大學(KAUST)把敵草快加入有機太陽能的施體(Donor)。

就如同大多太陽能技術一樣,太陽能設備有 P 型區域與 N 型區域兩大重要元件,分別集中淨負電荷與正電荷,通常當光子被電池吸收時, PN 接面會產生電子電洞對(electron-hole pair,也稱為激子),電子和失去電子的電洞會朝相反方向移動,進而產生電流與電壓。

在有機太陽能製程中,把被稱為受體(Acceptor)/施體(Donor)的原子分別參雜在有機材料中,就能讓它變成 P 型與 N 型層,就與製造 P 型 N 型半導體類似,只是材料從有機材料換成半導體。

KAUST 便看中敵草快的性能,把敵草快當成施體、作為 N 型材料,也成功將有機太陽能轉換效率從 16.7% 提高到 17.4%,在另一個有機材料中,更增加到18.3%,團隊認為,敵草快不僅提高材料光吸收率,更一併延長電荷生命期。博士後 Yuanbao Lin 認為,有機會打造 20% 的有機太陽能電池。

在鈣鈦礦太陽能研究中,中國華東師範大學科學家則發現辣椒素(Capsaicin)的妙用,可以活化鈣鈦礦晶粒,有助加速電子傳輸,論文資深作者 Qinye Bao 表示,考慮到辣椒素的電、化學、光學和穩定性,認為他是個有潛力的材料。

研究人員將占 0.1% 重量的辣椒素加到鈣鈦礦甲基碘化三銨鉛(MAPbI3)的前體(precursor)中,得出轉換效率達 21.88% 的電池,比過去的 19.1% 還要高,穩定性表現也不錯,800 小時後仍有 90% 以上的效率。

有些科學家會在自然環境與日常生活中擷取靈感,像是以閃蝶屬為發想的隱形太陽能板等,不過這兩項實驗都沒有透露為什麼會選用這些材料。

(首圖來源:KAUST)