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鈣鈦礦太陽能電池其實不含鈣與鈦，是個具有鈣鈦礦結構的金屬鹵化物半導體構成，擁有可撓式、重量輕、成本低且原料豐富等優點，雖然目前該技術穩定性與耐用性不足、尚未達到商業化，但鈣鈦礦電池技術日新月異，光電轉換效率已從 2009 年的 3.8% 提升到如今的 22.7%，短短 9 年內增加 6 倍，有望在未來 10~20 年內大大改變太陽能市場。
不過讓技術跨越商業化門檻並不是一件容易的事情，各家廠商的鈣鈦礦材料基本上都差不多，要如何改變原始材料性質、提升材料穩定性就是個大難題，因此史丹佛大學與史丹佛同步輻射光源部門（SSRL）想透過極亮的 X 光來透視材料結構的化學性質變化。
目前團隊正在研究製程添加氯氣的鈣鈦礦電池。其中氯氣是種具強烈刺激性氣味的有毒氣體，但它在鈣鈦礦製程中可搖身一變成提升性能的助手，且過去研究也指出，氯氣加工後就會消失，電池完全不會產生有毒物質。
研究試圖找出該種鈣鈦礦的「化學構成」（formation chemistry），逐一理解鈣鈦礦材料的形成過程以及每個階段的演變，這樣一來就可以創造出所需特性的材料。就好比現在的鈣鈦礦薄膜有多種沉積方法，這些方式都會讓薄膜厚度、結構、晶粒大小與結晶質不一樣。
目前大多研究都是透過嘗試錯誤法來實驗，僅些微改動過程、微調電池性能或電壓，實驗效率基本都不高。
因此團隊利用 X 光散射技術（ X-ray scattering）與 X 光能譜分析儀（X-ray spectroscopy）來加速實驗進度。X 光散射技術可用來研究結構、觀察原子的位置，X 光能譜分析儀則是一種互補技術，可提供薄膜的化學性質、有哪些化學元素在材料內以及它們的鍵結方式。
X 光技術可讓團隊觀察晶體結構的轉換過程、氯含量變化與化學狀態，進一步最佳化製造過程。
為了讓鈣鈦礦成功抵達商業化，研究也正在思考如何開發大規模製程，最終讓每個人都可以擁有自己的太陽能系統，且由於鈣鈦礦為近十年來成長幅度最大的半導體之一，研究同時也在尋找鈣鈦礦還有哪些應用，希望能擴大鈣鈦礦的應用範圍，再次降低成本。目前研究已發表在《Nature Communications》。
Shining X-ray light on perovskites for better solar cells
（本文由 EnergyTrend 授權轉載；首圖來源：Flickr/Takver CC BY 2.0）
科技新知
美國以 X 光透視材料變化，提升鈣鈦礦太陽能實驗效率
- 發佈日期:2018/9/3
- 資料來源：科技新報
- 點閱次數：790次
發布日期 2018 年 08 月 31 日 14:33 | 作者 EnergyTrend
鈣鈦礦太陽能電池其實不含鈣與鈦，是個具有鈣鈦礦結構的金屬鹵化物半導體構成，擁有可撓式、重量輕、成本低且原料豐富等優點，雖然目前該技術穩定性與耐用性不足、尚未達到商業化，但鈣鈦礦電池技術日新月異，光電轉換效率已從 2009 年的 3.8% 提升到如今的 22.7%，短短 9 年內增加 6 倍，有望在未來 10~20 年內大大改變太陽能市場。
不過讓技術跨越商業化門檻並不是一件容易的事情，各家廠商的鈣鈦礦材料基本上都差不多，要如何改變原始材料性質、提升材料穩定性就是個大難題，因此史丹佛大學與史丹佛同步輻射光源部門（SSRL）想透過極亮的 X 光來透視材料結構的化學性質變化。
目前團隊正在研究製程添加氯氣的鈣鈦礦電池。其中氯氣是種具強烈刺激性氣味的有毒氣體，但它在鈣鈦礦製程中可搖身一變成提升性能的助手，且過去研究也指出，氯氣加工後就會消失，電池完全不會產生有毒物質。
研究試圖找出該種鈣鈦礦的「化學構成」（formation chemistry），逐一理解鈣鈦礦材料的形成過程以及每個階段的演變，這樣一來就可以創造出所需特性的材料。就好比現在的鈣鈦礦薄膜有多種沉積方法，這些方式都會讓薄膜厚度、結構、晶粒大小與結晶質不一樣。
目前大多研究都是透過嘗試錯誤法來實驗，僅些微改動過程、微調電池性能或電壓，實驗效率基本都不高。
因此團隊利用 X 光散射技術（ X-ray scattering）與 X 光能譜分析儀（X-ray spectroscopy）來加速實驗進度。X 光散射技術可用來研究結構、觀察原子的位置，X 光能譜分析儀則是一種互補技術，可提供薄膜的化學性質、有哪些化學元素在材料內以及它們的鍵結方式。
X 光技術可讓團隊觀察晶體結構的轉換過程、氯含量變化與化學狀態，進一步最佳化製造過程。
為了讓鈣鈦礦成功抵達商業化，研究也正在思考如何開發大規模製程，最終讓每個人都可以擁有自己的太陽能系統，且由於鈣鈦礦為近十年來成長幅度最大的半導體之一，研究同時也在尋找鈣鈦礦還有哪些應用，希望能擴大鈣鈦礦的應用範圍，再次降低成本。目前研究已發表在《Nature Communications》。
Shining X-ray light on perovskites for better solar cells
（本文由 EnergyTrend 授權轉載；首圖來源：Flickr/Takver CC BY 2.0）
