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應用新聞

全新電子傳輸層登場,鈣鈦礦太陽能轉換效率有望提高 16%

  • 發佈日期:2019/3/7
  • 資料來源:科技新報
  • 點閱次數:1019次

發布日期 2019 年 03 月 07 日 8:00 | 作者 Daisy Chuang | 

鈣鈦礦太陽能電池

鈣鈦礦太陽能電池基本上是由金屬鹵化物化合物構成,具有多種材料配方與排列組合,而最近日本大學團隊成功在鈣鈦礦材料研究有所突破,團隊將兩種氧化鈦層疊起製成電子傳輸層後,太陽能轉換效率有望提高 16.82%。

由於矽晶太陽能製程繁瑣,需要真空與超過 1,000℃ 的高溫製造環境,現在已有許多科學家將研究目標轉換到其他新興太陽能電池技術,其中鈣鈦礦太陽能就是備受看好的生力軍之一,除了可運用全溶液製成技術、在低溫下製造,材料成本也相對低廉,更可透過噴塗與印刷技術來製造可撓或是大型電池。

鈣鈦礦太陽能的電池結構大多為陰極-電子傳輸層-鈣鈦礦的光吸收層(主動層)-電洞傳輸層-陽極,當電池吸收陽光時,會在主動層產生電子電洞對,科學家則運用傳輸層來控制電子與電洞,進而產生電流與電壓。

而由金澤大學與東海大學(Tokai University)等大學組成的日本團隊則看好暨透明又輕薄的氧化鈦,決定以板鈦礦與純銳鈦礦兩種氧化鈦材料製造成全新的電子傳輸層。

團隊首先以低溫、水性環保方法打造板鈦礦奈米粒子,同時將溶液噴塗在透明玻璃與加熱到 450℃ 來製造銳鈦礦層,之後再分別製出多相銳鈦礦-板鈦礦、板鈦礦-銳鈦礦組合與直接將銳鈦礦跟板鈦礦做成的單相電子傳輸層,這樣一來科學家就可以比較與測量各種不同的型態、光學與結構特徵,最終知曉哪種最適合用在太陽能電池。

實驗指出,板鈦礦電子傳輸層的功率轉換效率已超越過去研究高達 14.92%,銳鈦礦-板鈦礦則是 16.82%。東海大學化學系副教授 Koji Tomita 表示,透過在銳鈦礦層疊上板鈦礦,團隊未來有望將鈣鈦礦太陽能轉換效率提高16.82%。

論文第一作者 Md. Shahiduzzaman 表示,這些材料與組合可讓科學家更容易控制電子,可有效防止電荷在鈦鈣礦與電子傳輸層之間重新組合,最終得以提高太陽能轉換效率。

研究團隊未來也將持續最佳化電子傳輸層設計,希望可進一步加速鈣鈦礦太陽能的商業化進展,使人們在將來有一天能使用低成本又可撓的太陽能板。

Layering Titanium Oxide’s Different Mineral Forms for Better Solar Cells
Tokai team tests the influence of different forms of titanium oxide on PSC performance
How the use of different forms of titanium oxide influences perovskite solar cell performance
(首圖為示意圖,來源:Flickr/ESA_events CC BY 2.0)
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