奈米技术量子点(Quantum Dot)除了能应用在显示器,变成近年知名的QLED电视,还有助提高太阳能转换效率,最近瑞士与韩国科学家携手合作,研发出转换效率高达 25.7% 的量子点钙钛矿太阳能电池。
这十年来钙钛矿太阳能转换效率成长惊人,从原先的 3% 增加到 24% 以上,也因为钙钛矿制造成本低、重量轻、灵活可挠,科学家对它的关注从来没有少,但钙钛矿太阳能还是有许多改进空间,包括容易衰退、稳定性不佳等问题。
过去科学家尝试透过添加大分子、添加剂或各种化合物来提高稳定性,如今瑞士洛桑联邦理工学院 EPFL 和韩国能源研究所再出妙招,在制造配方中添加量子点,成功打造更稳定的太阳能电池,效率更达到高水准。
其中量子点是一种奈米微晶体半导体材料,晶粒直径大约只有 2~10nm ,最大的特色是能量间隙随晶粒大小而改变,晶粒愈大,能量间隙愈小,晶粒愈小,能量间隙愈大,照光时会发出特定波长的光,适合套用在各种光学应用,包括电视、太阳能中。
大多量子点由 II-VI、III-V或 IV-VI 族元素组成,团队则采用氧化锡制成的量子点,并当作钙钛矿太阳能的电子传输层,与常见的二氧化钛电子传输层相比,量子点有助提高设备捕获光能力,并降低电子传输层与电击的不良反应。
钙钛矿太阳能的电池结构大多为阴极-电子传输层-钙钛矿的光吸收层(主动层)-电洞传输层-阳极,当电池吸收阳光时,会在主动层产生电子电洞对,科学家则运用传输层来控制电子与电洞,进而产生电流与电压。
最终团队研发出效率高达 25.7% 的量子点钙钛矿太阳能电池,若放大太阳能电池尺寸,发电表现其实也不差,尺寸约 1 cm2 的量子点钙钛矿太阳能电池转换效率效率为 23.3% ,20cm2 则是 21.7 %,64 cm2 为 20.6%,转换效率都比大部分的硅晶太阳能高。
- Quantum dots make for stabler, more efficient perovskite solar cells
- Quantum dot layer pushes perovskite solar cell efficiency up to 25.7%
- Quantum dots boost perovskite solar cell efficiency & scalability
(首图来源:pixabay)