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尺寸更大轉換效率更佳的鈣鈦礦太陽能電池 Bigger and Better Perovskite Solar Cells
Charles Q. Choi
2016/06/09
TEEE Spectrum
http://spectrum.ieee.org/energywise/green-tech/solar/bigger-and-better-perovskite-solar-cells
以鈣鈦礦晶體(Perovskites crystals)材料為主的太陽能電池在這幾年有突飛猛進的進步。現在,科學家們發現了一種可同時保持元件高轉換效率(Conversion efficiencies)並增加鈣鈦礦太陽能電池尺寸的方法。
在不到十年的發展期間,鈣鈦礦太陽能電池的轉換效率已經從3.8%進步至22.1%,在光伏發電的領域是從未有過的空前紀錄。這種裝置也引起大家的注意,因為它們比在傳統的太陽能電池中使用的矽晶圓(Silicon wafers),在成本上便宜更多。
然而,高效率的鈣鈦礦太陽能電池的主要缺點是它們一般都太小了,範圍從0.04〜0.2平方厘米。目前,鈣鈦礦型太陽能電池在大於1平方厘米的最佳轉換效率為15.6%。
現在,科學家們已經研製出鈣鈦礦太陽能電池的大小可超過1平方厘米與19.6%的平均轉換效率和20.5%的最大效率,與傳統的薄膜(Thin-film)太陽能電池的性能表現不相上下。
“我們已經實現了以較大的尺寸,達到前所未有的效率水平,而這一直是一個至今也是未來需要克服的問題” 研究團隊的共同作者-蘇黎世聯邦理工學院洛桑實驗室(Lausanne's Laboratory )光子學與介面技術研究所所長邁克•格萊才爾(Michael Grätzel)述說的研究成果。“我們能達到多高的轉換效率?理論效率是30%左右。雖然我們可能無法達到理論的效率,但我們仍然可以超越比現在要高得多。”
鈣鈦礦太陽能電池傳統的製造技術,藉由滴定一種稱為“反溶劑” (Anti-solvent)的化學物質到被抽出的鈣鈦礦薄膜的中心並由溶液中沉澱出固體鈣鈦礦。這項製程會產生斑點雜質並也會導致鈣鈦礦薄膜的缺陷。此外,目前使用的反溶劑是有毒的,對環境有害,將阻礙其大規模的應用,格萊才爾表示。
相反,研究人員採用所謂的真空快閃溶液製程(Vacuum-flash solution processing)的無反溶劑技術。這種新技術使用幾秒的輕度真空將溶劑乾燥並幫助固體鈣鈦礦的沉澱。並結合快速熱退火(Rapid heat annealing),這種方法導致了又薄、又光滑,高導向結晶線的鈣鈦礦薄膜。
“我們可以用比反溶劑更簡便的方法獲致更明顯的成效”格萊才爾說。“我們現在非常興奮,因為我們可以製造出更大的模組。”
林文鈴
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