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 發布日期 2019 年 06 月 24 日 14:00 | 作者 Daisy Chuang |

若是提到新一代神奇材料，或許大家一開始都會想到石墨烯，但除此之外，也有不少材料正在暗中發光發熱。最近澳洲科學家便透過結構與石墨烯類似的磷烯（phosphorene），成功將鈣鈦礦太陽能轉換效率提升 2 到 3%。

石墨烯有諸多優良的性能，像是無比堅硬、導電速度快等都是備受科學家關注的原因，但它並不是個天然的半導體，通常半導體材料可利用能隙來控制電流，但石墨烯卻沒有能隙，雖然電流傳導速度較快，但難以控制電流。

而磷烯是實實在在的半導體材料，能透過能隙來控制電流開關，導電性則跟石墨烯一樣，比現在使用的矽材料要快上數十甚至數百倍，因此澳洲福林德斯大學與昆士蘭大學等團隊便看好磷烯特性，認為它可以幫助鈣鈦礦太陽能一臂之力。

其中磷烯是由層狀黑磷塊材剝離而成，隨著減少層數，發光的範圍可從中紅外到可見光，因此如何從黑磷單層磷烯是團隊首要挑戰，福林德斯大學科學與工程學院博士 Christopher Gibson 表示，團隊已經找出全新方法來剝離磷烯，這將有助於生產更高效與便宜的太陽能電池。

在該實驗中，團隊透過南澳大學研製的渦流裝置（Vortex Fluidic Device，VFD）的快速剪應力（shear stress），成功剝離出 4.3 奈米厚的磷烯奈米層片。Gibson 指出，在鈣鈦礦太陽能電池添入磷烯後，轉換效率也提高 2% 到 3%。

根據團隊在《Small Methods》的論文，新型剪應力剝離方法在較短的時間內，就能產生出結晶質高、原子級厚度較薄的磷烯奈米片。之後團隊把磷烯奈米片當作電子傳輸層材料（ETM）後，轉換效率也成功從 14.32% 提升到 16.53%，最高則達到 17.85%，效率已經可與高溫製作法匹敵。

若能進一步提高鈣鈦礦太陽能的轉換效率，將能加速其商業化進展，指導教授 Joseph Shapter 表示，矽晶太陽能是目前最常見的太陽光電技術，但我們需要耗費許多電力與能源來製造電池，相較之下鈣鈦礦電池永續性較高。

也因為鈣鈦礦太陽能具有材料成本低、建造成本低等優點，大規模商業化後，最終也能降低太陽能整體成本，進而提高再生能源的普及率。

Next-gen solar cells spin in new direction
Efficient Production of Phosphorene Nanosheets via Shear Stress Mediated Exfoliation for Low‐Temperature Perovskite Solar Cells
（首圖來源：Flickr/Steve Rainwater CC BY-SA 2.0）