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新世代太陽能潛力備受看好 鈣鈦礦電池效率讓太陽能更「能」

  • 發佈日期:2022/9/21
  • 資料來源:ETtoday新聞雲
  • 點閱次數:144次

2022-09-21 10:05:00 記者潘姿吟/綜合報導

台南山上花園水道花園博物館,在東西側停車場架設太陽能板。(圖/記者林悅翻攝,下同)


太陽能是協助邁向淨零碳排的重要技術。除了生活中可見的矽基太陽能板,研究者們也積極嘗試發展以各式化學材料為基礎,應用範圍廣泛(例如可噴在布面、玻璃上)、材料取得簡易、製程方便的「新世代太陽能」。其中,因提升轉換率研究進展快速的「鈣鈦礦太陽能」,受到高度期待的新世代太陽能。

但「鈣鈦礦太陽能」仍有容易降解、未能模組化的缺陷。根據2022年9月,國際期刊《自然-能源》發布最新研究中指出,鈣鈦礦是發展相當快速、轉換率高的太陽能光電轉換材料,但因其相較於矽基太陽能較容易降解,因此矽基太陽能仍是一般裝設太陽能時的大宗。

這篇研究回顧彙整近期極具代表性的頂尖研究成果,認為有3類微結構(晶粒界、粒內缺陷、表面)是影響效率與穩定性的關鍵,並在研究中整理具體的鑑定與抑制微結構缺陷的方法。台灣科技媒體中心邀請專家分享對這篇研究的看法。

長庚大學化工與材料工程學系教授李坤穆表示,由於部分鈣鈦礦材料在有水氣與氧氣環境下不穩定,因此有人戲稱效率提升越快的電池越不穩定。在過去對於鈣鈦礦不甚了解時的確有此現象,但隨著近年來材料組成優化、發現與抑制結構缺陷及製程最佳化,已經可以製備得到大面積且高品質的關鍵鈣鈦礦層。

李坤穆也指出,該片文獻中作者提出在鈣鈦礦層中3類影響效率與穩定性的微結構,並且整理這三類微結構的具體鑑定與分析方法,以及歸納影響電池效率與穩定性的起因及有效的改善方案。未來如果能確實抑制鈣鈦礦中的缺陷形成與分布,對於鈣鈦礦太陽能電池的實用性將會往前大跨一步。

桃園大圳4之6號埤塘目前有不小面積改為太陽能種電用途。(圖/記者沈繼昌翻攝)

陽明交通大學光電工程學系特聘教授兼系主任陳方中提到,鈣鈦礦太陽能電池面對最大的問題,主要是壽命尚達不到一般商用地要求(20年),倘若能克服降解的問題,以鈣鈦礦太陽能電池優異的效率,將有機會發展鈣鈦礦太陽能大規模場址,推升此技術的實用性質。

未來,若鈣鈦礦太陽能得以大規模商業化,預計能大幅降低發電成本,也會有更多人願意使用太陽能發電,至於潛在的挑戰,應該是大眾的接受度。但其實只要生產建置太陽能電板時遵循規範,並妥善處理廢棄物,使用鈣鈦礦太陽能風險很低。

中央大學新世代光驅動電池模組研究中心暨化學系助理教授陳家原則談到,目前鈣鈦礦太陽電池未能立即大規模商業化的原因,主要是鈣鈦礦太陽能技術須要克服模組化(大面積化)製程與穩定性的困難。具體而言,依據太陽能電池效率表,目前鈣鈦礦太陽能微型模組與模組的光電轉換效率紀錄值,分別為21.4%與17.9%,對比於小元件的效率紀錄值25.7%,其性能差異極為明顯。

陳家原表示,透過剖析鈣鈦礦材料的微結構,確實可為克服鈣鈦礦材料降解的問題提供明確的指引。然而,根本解決之道仍是新材料與製程技術的研發。換句話說,了解微結構相當於先釐清、確認問題的所在,以利後續新材料與製程技術的研發。
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