钙钛矿太阳能近年来异军突起,自从科学家在 2004 年发现它们的光电潜力并深入研究后,转换效率已从当年的 3.8% 跃升到如今的 24%,现在更有不少科学家瞄准串叠型钙钛矿的高转换效率,致力找出最佳制造配方,盼加速商业化进展。
钙钛矿太阳能不含钙与钛,是种采用“钙钛矿”结构的电池,人们可以把钙钛矿晶体结构当成三元组(triad),一部分是铅,其他部分则是由甲基铵等有机成分与溴、碘卤化物组成,不同元素或化合物就会有不同的效果。
因此为了加速钛钙矿太阳能的商业化进展,各国科学家纷纷祭出不同制造配方,其中一个办法就是串叠型钙钛矿太阳能。过去科学家就发现,只要将锡加入含铅钙钛矿之后,就可以降低钙钛矿太阳能的能隙,打造出串叠型双钙钛矿太阳能,让两种钙钛矿太阳能电池能吸收不同的光谱。
只不过锡金属在空气中稳定性不高,锡铅钙钛矿晶格容易产生缺陷,进而破坏电荷传递。对此美国科罗拉多大学、托雷多大学、国家再生能源实验室(NREL)也携手合作,在锡铅钙钛矿中添加胍硫氰酸盐(guanidinium thiocyanate),能有效改善锡铅钙钛矿结构和光电性能,新型转换效率更高达 23%。
(Source:托雷多大学)
近年来也有许多团队正努力发掘钙钛矿与其他太阳能技术组合的可能性,举例来说,美国加州大学洛杉矶分校跟比利时欧洲跨校际微电子研究中心(IMEC)都有投入钙钛矿+铜铟镓硒(CIGS)太阳能的研究,并分别将转换效率提高至 22.4% 跟 24.6%。
英国太阳能厂商 Oxford PV 则是看好传统硅晶太阳能与钙钛矿的组合,也成功在 2018 年底将转换效率突破至 28%。
(Source:Oxford PV)
显然有许多团队都看好钙钛矿的开发潜力,正努力开发出转换效率更高、成本更低的太阳能电池,希望可以借此降低人们对化石燃料的依赖,不过开发新技术总是会面临许多挑战,团队还是得解决钙钛矿太阳能不耐光、水与热,寿命短的缺点。
就如同托雷多大学物理教授 Yanfa Yan 所说,虽然新型串联技术材料与制造成本都很低,但是团队还不确定使用寿命,还需要持续提高效率跟稳定性。除此之外,钙钛矿中所含的铅为有毒元素,开发新技术的同时也需要跟太阳能产业合作,确保太阳能回收厂可回收钙钛矿太阳能模组,降低环境的危险因子。
- BREAKTHROUGH IN NEW MATERIAL TO HARNESS SOLAR POWER COULD TRANSFORM ENERGY
(首图为示意图,来源:Flickr/Open Grid Scheduler / Grid Engine CC0 1.0)
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