「金電極」助力太陽能窗戶,半透明鈣鈦礦轉換效率 19.8% 創新高

作者 | 發布日期 2021 年 06 月 07 日 14:31 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


鈣鈦礦太陽能做為備受矚目的下一代電池,相關研究也不勝枚舉,最近美國科學家帶來全新的超薄金電極,除了能應用在鈣鈦礦太陽能,製造出創新高 19.8% 半透明鈣鈦礦電池,若再與矽晶太陽能串疊,效率更高達 28.3%。

鈣鈦礦太陽能電池由五層材料所構成,為陰極-電子傳輸層-鈣鈦礦的光吸收層(主動層)-電洞傳輸層-陽極,當電池吸收陽光時,會在主動層產生電子電洞對,科學家則運用傳輸層來控制電子與電洞,進而產生電流與電壓,通常最後由鉑金層做為電池的接觸電極。

美國賓夕法尼亞州立大學(PSU)材料科學與工程助理教授 Kai Wang 表示,透明太陽能電池有朝一日可以在家庭和辦公大樓窗戶上佔據一席之地,利用原本會被浪費掉的陽光發電。如今團隊也在這領域有所進展,製造出高校的半透明太陽能電池。

團隊研發的新型電極,也有助下一代太陽能技術鈣鈦礦太陽能電池發展,PSU 材料科學與工程教授 Shashank Priya 指出,團隊用非常薄、幾顆原子大小的金,製造出高電導電極,更不會干擾電池吸收陽光。

(Source:PSU

過去雖然也有研究以超薄的金薄膜製作鈣鈦礦電池的電極,但是由於不均勻存有電導性差的問題,如今團隊以「鉻」磊晶出性能良好的金層,製造出轉換效率達 18.9% 鈣鈦礦太陽能電池,創下半透明電池的新紀錄。

團隊表示,通如果成功磊晶出一層薄薄的結晶,像金層,奈米粒子會像小島一樣聚集並耦合一起,鉻這種金屬則具有很高的表面能(surface energy),為金提供良好的生長環境、以形成連續不間斷的薄膜。

且當與傳統矽晶太陽能串疊時,效率更達到 28.3%,比現在矽晶太陽能電池 23.3% 還要高。 Priya 表示,5% 差距其實是非常大的,代表太陽能板每平方公尺可以多轉換 50 瓦的陽光,而太陽能電廠又是游好幾千片太陽能板組成,發電量將顯著成長。

科學家認為,用金電極製成的太陽能電池在實驗室測試中很穩定,並且隨著時間的推移能可維持高效率,未來更可透過透明電極打造效率更高的鈣鈦礦太陽能電池與串疊型電池。

(首圖來源:Flickr/Scott S cc by 2.0)