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鈣鈦礦太陽能電池:科學家增強下一代技術的性能

出處 Market Business News 作者 馬維揚摘譯 年份 2019/12/02
報告類型 新聞報導 分類 新及再生能源 資料時間 2019年12月
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       鈣鈦礦太陽能電池是一種具有巨大商業吸引力的新技術。它可以印在薄膜上,且可望比幾十年來主導市場的矽晶太陽能電池更便宜。現在一個由俄羅斯和義大利組成的國際科學家團隊開發出一種提高鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率的方法。在最新的《Nature Materials》期刊中,他們說明了如何藉由導入稱為“MXenes”的二維碳化鈦化合物來做到這一點。作者A. Di Carlo教授說:「我們發現由於MXenes具有獨特的二維結構,可用於調整鈣鈦礦的表面性能,從而為這一代太陽能電池提供了一種新的優化策略」。他們發現,在鈣鈦礦太陽能電池摻雜少量的MXenes可以使鈣鈦礦太陽能電池的相對效率提高20%以上。
       鈣鈦礦的優點包括具有很強的光吸收和電荷傳導能力,且這種材料也有望廉價製造。鈣鈦礦太陽能電池可以直接藉由噴墨或狹縫塗佈之溶液印刷方式來生產。然而,傳統的矽晶太陽能電池則需要昂貴的高溫與真空環境才行。此外,由於鈣鈦礦太陽能電池亦可以在薄的可撓性基板上製備,因此可以應用在建築整合太陽能(Building-integrated photovoltaics, BIPV)。
       鈣鈦礦太陽能電池效率已經接近市場主導的矽晶太陽能電池效率,目前鈣鈦礦最高效率為25.2%,而矽晶太陽能電池最高效率為26.7%。但是,鈣鈦礦太陽能電池仍然存在對穩定性的擔憂,這主要是由於會導致內部材料劣化的因素所造成。為了解決這個問題,研究人員聚焦在三個領域:化學結構、穩定的界面,以及新的奈米材料。
        鈣鈦礦太陽能電池具有幾層不同的材料,包括鈣鈦礦主動層、電洞傳輸層、電子傳輸層以及上、下電極。為了提高光電轉換效率,電荷必須在盡可能降低損耗的條件下,在各層之間移動,而摻雜MXenes似乎可以減少這種損失。在一系列的實驗中,他們摻雜微量的MXenes至鈣鈦礦太陽能電池中,與沒有摻雜MXenes的對照組相比,其相對效率提高了25%以上。研究人員發現,最有效的配置是在主動層、電子傳輸層內以及其介面處具有MXenes的配置。他們認為,這項研究的重要特徵是它解釋了將MXenes添加到鈣鈦礦太陽能電池中的物理和化學作用,並確定了由於導入MXenes而引起的半導體電性變化,這種新的奈米材料在大規模生產中具有巨大的潛力。該團隊正在繼續致力於使鈣鈦礦太陽能電池更加高效率和更穩定。