太陽能界黑馬？單晶鈣鈦礦電池轉換效率已達 21.9%
2019-07-18作者 Daisy Chuang | 發布日期 2019 年 07 月 17 日
在各界研究團隊的努力下，鈣鈦礦太陽能的轉換效率已經超越目前市面上常見的太陽能板，但它們仍有不耐水氣、高溫與紫外光等難題，離商業化還有一段距離，最近沙烏地阿拉伯科學家或許已找出解決辦法，他們研發出耐用、且轉換效率達 21.9% 的單晶鈣鈦礦電池。
鈣鈦礦電池除了成本低、易於加工外，還具有優異的光學和傳輸性能，備受太陽能科學家愛戴，其中鈣鈦礦電池性能和穩定性皆取決於薄膜形貌（morphology），然而鈣鈦礦電池多是由無序或是有缺陷的多晶薄膜製成，這些多晶鈣鈦礦薄膜存在許多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷，會使電子與電洞對（載子）再結合，轉換效率難再提升。
因此來自沙烏地阿拉伯阿布都拉國王科技大學（KAUST）的團隊，決定用單晶薄膜取代多晶薄膜。與多晶鈣鈦礦相比，單晶鈣鈦礦擁有較高的結晶品質，光吸收範圍與熱穩定性也更佳，商業應用價值較高。
就以矽晶太陽能來說，單晶矽太陽能也因為組成原子均按照一定的規則與週期性的排列，純度更要求達 99.9999%，普遍來說單晶矽的轉換效率都比多晶矽太陽能還要高。
如今已有愈來愈多科學家關注到單晶鈣鈦礦的優勢，而 KAUST 亦然，最近便透過逆溫長晶（inverse-temperature crystal growth）技術，在兩片塗有聚合物塗層的基板中生長出鈣鈦礦單晶，研發出新型單晶甲基氨基碘化鉛（MAPbI3）鈣鈦礦電池。
研究指出，新型單晶 MAPbI3 鈣鈦礦厚度約 20 微米，經過銅處理後再製成 1mm² 厚的太陽能電池，轉換效率最高已達 21.9%。
該轉換效率除了超出科學家預期，也比過去其他機構研究的成果還要高，KAUST 化學科學助理教授 Omar Mohammed 表示，團隊還以為要打造更薄的鈣鈦礦薄膜，才能將轉換效率提高至 21%，再加上晶體生長相當不易。
若要將技術推出實驗室，還得進一步擴大單晶 MAPbI3 鈣鈦礦電池的尺寸。以過去的經驗來看，許多實驗室得太陽能技術雖然已達到高轉換效率，但放大尺寸之後，轉換效率跟壽命都會略為下降。目前研究已發表在《ACS Energy Letters》。
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