日本冲绳科学技术大学院大学(OIST)2018 年曾研发出运作 800 小时后无明显衰退、制程简易的钙钛矿太阳能电池原型,如今该团队进一步表示,他们已运用新技术,将钙钛矿太阳能转换效率提升至 20% 以上。
太阳光电为近年来炙手可热的再生能源产业,除了已经抵达大规模商业化的硅晶太阳能与薄膜太阳能,现在还有许多太阳光电技术正在实验室蓄势待发,就好比钙钛矿与有机太阳能电池等,各国科学家都希望可尽快加速其商业化进展。
钙钛矿与有机电池被科学家分类在第三代太阳能中,它们具有制造成本低、可挠、转换效率高等优点,尤其钙钛矿太阳能转换效率已在短短 9 年间提高到 22%,成长空间也尚未触顶。只不过钙钛矿太阳能的运作寿命相当短,潮湿条件、甚至是接触阳光都会让电池材料分解,至今该电池仍无法跨越商业化门槛。
OIST 投入钙钛矿电池研究行之有年,近期则又有新进展,他们透过改变太阳能电子传输层材料,延长电池使用寿命。其中太阳能电池基本结构为:电池基板、阳极、主动层、电子传输层与阴极,当电池吸收阳光时,会在主动层产生电子电洞对,科学家则运用电子传输层来控制电子与电洞的流向,进而产生电流与电压。
根据团队先前的研究,他们发现原先使用的二氧化钛电子传输层容易降低电池品质,二氧化钛与钙钛矿在阳光下时会相互反应,最终快速分解,于是团队换改成使用二氧化锡,进一步发现可提高电池寿命 3 倍以上。
▲ 新型钙钛矿太阳能模组可为小型电风扇供电。
目前 OIST 团队已成功研发出新型钙钛矿电池原型,其转换效率达 20.2%、寿命约为 625 小时,随后为了证明商业化可行性,团队也扩大电池尺寸,打造出长宽 5 公分、面积约为 22.8 平方公分的太阳能电池模组。
虽然尺寸扩大让转换效率与寿命则分别下降至 12% 与 515 小时、跟团队过去的研究相比,转换效率跟寿命也都比较低,但该研究也是全新的尝试与突破,若研究有成,亦有助于钙钛矿太阳能电池的发展。
未来研究员将持续最佳化电池设计,希望可在不影响效率的情况下扩大钙钛矿电池尺寸,之后再将钙钛矿应用在玻璃窗户、窗帘或是携带式电子设备等。OIST 能源材料与表面科学助理教授戚亚冰(Yabing Qi)指出,如今钙钛矿的效率已具商业可行性,团队乐观认为该技术可在几年内跨出实验室。
- Scientists boost stability of low-cost, large-area solar modules
(图片来源:OIST)
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