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NREL成功研發新一代矽鈣鈦礦太陽能電池
新電子黃繼寬
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美國可再生能源實驗室(NREL)科學家指出,該實驗室的研究團隊已透過對材料的化學成分進行最佳化,製造出「三層」鈣鈦礦,能夠抑制一種稱為光致相分離的機制。此機制是太陽能裝置中的化合物長期暴露於光照下會分解的原因,故若能有效抑制此一機制,將可明顯提高太陽能裝置的穩定性。該研究團隊同時也據此技術成功製造出串聯後能達到27%的轉換效率的鈣鈦礦電池。

目前大多數鈣鈦礦太陽能電池都是用碘,溴或氯的滷化物製成的,但是NREL團隊發現,結合了這三種材料的「三層鈣鈦礦」具有多種穩定性優勢,並且還可以實現鈣鈦礦的高轉化效率。該團隊科學家表示,這種方法是獨特的,因為將氯直接摻入晶格中的量比以前的要高得多,並發現三層鈣鈦礦結構也可以顯著改善光電載子的壽命,並抑制光誘導的相位分離。

在鈣鈦礦電池穩定性實驗中,該團隊製造了尺寸為1平方厘米的三層鈣鈦礦電池,並測試該電池在攝氏60度環境下放置1000小時後的最大功率,其效率達到20.3%,並保留了96%以上的性能;若是在攝氏85度下放置500小時,則保留了97%以上的性能。該電池還被併入鈣鈦礦-矽串聯裝置中,實現了27%效率。若進一步調整能帶隙,將可使鈣鈦礦-矽串聯電池的轉換效率提高到30%以上。

團隊主管進一步指出,他們下一步就是繼續開發穩定的接觸層和體系結構,以實現鈦礦成分工程長期可靠性目標。

光電協進會林政賢產業分析師認為,鈣鈦礦太陽能電池仍面臨問題,需要長時間進行可靠度及耐久性的考驗,預估鈣鈦礦太陽能電池在短期內還不會直接取代矽晶太陽電池,未來是會朝向與矽晶太陽電池互補的方向發展。

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