編者按:鈣鈦礦太陽能電池作為市面上常見的太陽能電池,其轉換率在各界團隊的努力下已達到21.9%。
在各界研究團隊的努力下,鈣鈦礦太陽能電池的轉換效率已經(jīng)超越目前市面上常見的太陽能電池,但它們?nèi)杂胁荒退⒏邷嘏c紫外光等難題,離大規(guī)模商業(yè)化還有一段距離,最近沙特阿拉伯科學家或許已找出解決辦法,他們研發(fā)出耐用、且轉換效率達21.9%的單晶鈣鈦礦電池。
鈣鈦礦電池除了成本低、易于加工外,還具有優(yōu)異的光學和傳輸性能,備受太陽能科學家愛戴,其中鈣鈦礦電池性能和穩(wěn)定性皆取決于薄膜形貌(morphology),然而鈣鈦礦電池多是由無序或是有缺陷的多晶薄膜制成,這些多晶鈣鈦礦薄膜存在許多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷,會使電子與電洞對(載子)再結合,轉換效率難再提升。
因此來自沙特阿拉伯阿布都拉國王科技大學(KAUST)的團隊,決定用單晶薄膜取代多晶薄膜。與多晶鈣鈦礦相比,單晶鈣鈦礦擁有較高的結晶品質(zhì),光吸收范圍與熱穩(wěn)定性也更佳,商業(yè)應用價值較高。
就以硅晶太陽能電池來說,單晶硅太陽能電池也因為組成原子均按照一定的規(guī)則與周期性的排列,純度更要求達 99.9999%,普遍來說單晶硅太陽能電池的轉換效率都比多晶硅太陽能電池要高。
如今已有愈來愈多科學家關注到單晶鈣鈦礦的優(yōu)勢, KAUST 的科學家亦然,最近便透過逆溫長晶(inverse-temperature crystal growth)技術,在兩片涂有聚合物涂層的基板中生長出鈣鈦礦單晶,研發(fā)出新型單晶甲基氨基碘化鉛(MAPbI3)鈣鈦礦電池。
研究指出,新型單晶 MAPbI3鈣鈦礦厚度約 20 微米,經(jīng)過銅處理后再制成 1mm 厚的太陽能電池,轉換效率最高已達 21.9%。
該轉換效率除了超出科學家預期,也比過去其他機構研究的成果還要高,KAUST 化學科學助理教授 Omar Mohammed 表示,團隊還以為要打造更薄的鈣鈦礦薄膜,才能將轉換效率提高至 21%,再加上晶體生長相當不易。
但若要將技術推出實驗室,還得進一步擴大單晶 MAPbI3鈣鈦礦電池的尺寸。以過去的經(jīng)驗來看,許多實驗室得太陽能技術雖然已達到高轉換效率,但放大尺寸之后,轉換效率跟壽命都會略為下降。目前研究已發(fā)表在《ACS Energy Letters》。
原標題:再創(chuàng)新高!沙特研究單晶鈣鈦礦太陽能電池轉換效率已達21.9%