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編者按：中國(guó)與美國(guó)的幾家大學(xué)聯(lián)合，合作提升了30%的鈣鈦礦的光電轉(zhuǎn)換效率，突破了鈣鈦礦電池商業(yè)化的難題。

做為最受歡迎的可再生能源產(chǎn)業(yè)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)激烈，身為后起之秀，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池正虎視眈眈盯著硅晶電池的太陽(yáng)能市占率第一寶座。

美國(guó)紐約大學(xué)、耶魯大學(xué)、約翰霍普金斯大學(xué)與中國(guó)北京大學(xué)、電子科技大學(xué)攜手合作，近日宣布已突破當(dāng)前鈣鈦礦電池商業(yè)化難題，將光電轉(zhuǎn)換效率從13%提升到17%。

近年來(lái)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦在太陽(yáng)能光伏發(fā)電方面的應(yīng)用潛力，使其光電轉(zhuǎn)換效率在 9 年間提升 6 倍，從 2009 年的 3.8% 進(jìn)步到如今的 22.7%，更有不少研究團(tuán)隊(duì)透過(guò)串疊設(shè)計(jì)將硅與鈣鈦礦結(jié)合，將光電轉(zhuǎn)換效率突破至25%。

但世上也沒(méi)那么雙全的事情，鈣鈦礦并非全能的技術(shù)，該種太陽(yáng)能電池含有毒元素鉛、并存在遇熱衰減問(wèn)題，科學(xué)家也難以在鈣鈦礦晶體上均勻覆涂電子傳輸層(electron transport layer，ETL)。雖然現(xiàn)在科學(xué)家已研發(fā)出無(wú)鉛或是無(wú)機(jī)鈣鈦礦解決部分問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)室電池的轉(zhuǎn)換效率也逐年提高，更已達(dá)到小規(guī)模商業(yè)化，但如何使用低成本方式均勻覆涂 ETL 層，一直是科學(xué)家絞盡腦汁想突破的障礙。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電結(jié)構(gòu)很像三明治、通常都是層層疊疊堆起，而鈣鈦礦電池由上至下為玻璃、導(dǎo)電玻璃 FTO、帶負(fù)電的 ETL、光敏層、正電的空穴傳輸層(HTM)和金屬電極，ETL 與 HTM 位置則會(huì)依據(jù)不同鈣鈦礦設(shè)計(jì)互換，而所謂的 PIN 結(jié)構(gòu)即是 HTM→光敏層(i)→ETL。

紐約大學(xué)坦登工程學(xué)院化學(xué)與生物分子系助理教授 Andre D. Taylor 表示，這類電池當(dāng)前挑戰(zhàn)在于，要怎么組裝才不會(huì)破壞電池其他結(jié)構(gòu)?因此目前 PIN 的 ETL 設(shè)計(jì)研究非常少。

其中最為常見技術(shù)為旋涂法(spin-coating)，利用向心力將 ETL 溶液分布在鈣鈦礦基底上，但是這種技術(shù)僅限于小范圍涂布，也不適合當(dāng)今的卷對(duì)卷(roll-to-roll)大型鈣鈦礦制程，采用此方式也會(huì)讓 ETL 分布不均勻，進(jìn)而降低太陽(yáng)能電池性能。

因此團(tuán)隊(duì)透過(guò)噴涂 ETL 方式，大大減少鈣鈦礦成本，并可利用該方式達(dá)成大范圍覆涂，讓科學(xué)家打造大型太陽(yáng)能板之余，還可確保電池性能。為進(jìn)一步提升電池性能，研究也利用化合物苯—丁酸甲基酯(PCBM)來(lái)改進(jìn)導(dǎo)電性、提高光捕獲性能。

與其他方式相比，鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換效率已從 13% 提高到 17%、提升幅度高達(dá) 30%，研究更顯示可大大減少電池缺陷。

Taylor 指出，團(tuán)隊(duì)的噴涂方法簡(jiǎn)潔、再現(xiàn)性佳(reproducible)又可擴(kuò)大規(guī)模。采用該噴涂方式或許可大大改善鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率，并有望為 pin 型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)鋪路。該研究目前已發(fā)表在《Nanoscale》。

原標(biāo)題：中美大學(xué)攜手提升30%鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換效率