日本冲绳科技技术大学院(OIST)近日成功研发新型无机钙钛矿电池,可望降低太阳光电成本与解决钙钛矿电池遇热降解挑战,并同时满足高效率与稳定性等要求。 20180417-qi-perovsite-solar-cell-624x416 身为最受欢迎的绿能产业,太阳能产业竞争十分激烈,目前市占率最高的太阳光电为硅晶电池,但长江后浪推前浪,新兴钙钛矿电池也正虎视眈眈盯着市占第一宝座,其光吸收效率高,成本也比硅晶电池还便宜,更可溶解在溶液中,再喷涂到基材上,如解决稳定性跟遇热劣化等难题,未来将无可限量。

根据《Advanced Energy Materials》的研究,有别于以往有机钙钛矿电池,团队研发的新型电池为无机电池,这是一项重大改变,因为有机材料通常不耐热,遇热容易衰退。

太阳能电池长时间日照曝晒后会变得非常烫,导致光转换效率下降,因此材料热安定性居太阳光电研发关键地位,研究人员则藉由无机代替有机材料,让钙钛矿太阳能电池更加稳定。OIST 能源材料与表面科学部门 Zonghao Liu 表示,无机钙钛矿太阳能电池曝晒 300 小时之后,光电转换效率(PCE)仅下降 8%。

不过全无机钙钛矿太阳能电池的光吸收效率比有机无机混成材料(organic-inorganic hybrid material)还要低,因此研究人员利用锰来提高电池性能,藉由锰改变材料晶体结构,并进一步提高光捕获能力。Liu 表示,就像我们用盐巴来提味,当团队在电池添加锰时,可改变太阳能电池特性。

且为防止因热度造成电池劣化,新型无机钙钛矿电极以碳取代旧有的黄金。与需要高温与真空环境的黄金材料相比,这种电极很明显更便宜跟易于生产,碳也可以直接印刷在太阳能电池上。 20180417-qi-perovsite-layers 新型无机钙钛矿电池由多层材料组成,底部为仅有几公厘厚的玻璃,第二层为透明导电材料FTO,上方是由二氧化钛组成的电子活性层与光敏性(photoactive)钙钛矿,最上层则是碳。

目前团队仍持续研究该新型电池效率和耐用性,希望未来可将光电转换效率从 6.14% 提升到商业化地步。有鉴于钙钛矿电池光电转换效率已从 2009 年的 3.81%,提升至可与硅晶电池比拟的 22%,在如此短的时间内进步神速,这类电池应用与发展备受看好。

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