用頭髮製作低成本「奈米點」,成鈣鈦礦太陽能穩定性好幫手

作者 | 發布日期 2021 年 04 月 12 日 17:37 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


髮廊地上一坨一坨的頭髮,也可以是鈣鈦礦太陽能電池提升穩定性的關鍵?

過去十年來,新一代的鈣鈦礦太陽能轉換效率突飛猛進,已經超越眼下最常見的單晶矽太陽能,突破 25%以上,只可惜鈣鈦礦太陽能距離規模商業化還差那麼一點,要是解決擋在路前的穩定性與耐用挑戰,或許將能成為主流的太陽能技術。

澳洲昆士蘭科技大學(QUT)教授 Hongxia Wang 認為,鈣鈦礦目前最大的挑戰是電池穩定性,這些電池起碼要能穩定運作 20 年以上,而且還得開發出更適合量產的製造方法,目前為止,大多已經報導出來的鈣鈦礦電池都是在溼度低、含氧量低的控制環境測試,電池尺寸也不大,距離商業化都還有一段時間。

近年來科學家對鈣鈦礦電池穩定性研究一直也沒有少,包括台灣大學與美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室奈米技術中心先前也研發出效率 16%、運作 250 小時候仍能保持 9 成初始效能的鈣鈦礦太陽能模組。

這次 QUT 團隊也在美髮店取得一絲靈感。剛開始 QUT 另一團隊在研製可撓式 OLED 顯示器,他們看中頭髮擁有豐富的蛋白質成分,其中的碳與氮燒是優秀的發光(light-emitting)粒子。而頭髮在 240°C 溫度下熔融後,留下參雜碳與氮的灰燼,最後團隊再把它們轉化成尺寸小於 10 奈米的碳奈米點(carbon nanodots),並將分散的粒子透過聚合物聚集後,形成「奈米島」,可以當作 OLED 的活性層(active layer)。

陰錯陽差下,上述研究引起 QUT 鈣鈦礦太陽能研究團隊的興趣,也出於好奇將碳奈米點與鈣鈦礦電池結合在一起,最終發現奈米點在鈣鈦礦表面形成波浪狀的薄膜,可以當成防護層,Wang 表示,這是一層保護膜、一副盔甲,可以避免鈣鈦礦因受溼氣或其他環境因素影響而損壞。

研究進一步指出,附加碳奈米點除了提高穩定性和性能之外,也可以提高轉換效率,且由於碳奈米點的製作原料──也就是頭髮,非常容易獲得,有機會變成低成本且永續的製造工藝。

(首圖來源:shutterstock)