盼解決電池含鉛挑戰,中國以錫打造全新鈣鈦礦太陽能

發佈日期: 2019 年 02 月 25 日 9:34 | 作者: | 分類: 產業資訊

雖然鈣鈦礦太陽能兼具成本低與轉換效率高等優勢,但該技術也同時存有遇水衰退、耐久性差缺點,再加上電池含有有毒物質鉛、鉛溶於水就會排放到環境中,是種有害無益的設備,對此,最近中國清華大學提供一項解決方案,嘗試在不影響效率的情況下,用錫、鍺等其他金屬來取代鉛,盼可加速鈣鈦礦太陽能商業化進展。

目前鈣鈦礦的轉換效率高達 23%,已經可以跟市面上常見的矽晶太陽能相競爭,且鈣鈦礦太陽能具有可撓、製程簡單優點,可以用在穿戴式電子裝置或是汽車上,應用範圍比現在的太陽能技術還要廣。

只不過若把「鉛」從材料中除名,轉換效率會驟降至 6%,原先有的優勢也會大打折扣。

其中鉛是個惡名昭彰的有毒重金屬,被認為是兒童成長威脅之一,會影響神經系統,削弱學習、記憶和專注力,先前台北市也避免長期飲用鉛水引響居民健康,提早將市內鉛水管全汰換至無銹鋼水管。

雖然市面其實也有許多商業產品含有鉛,包括矽晶太陽能板在內,科學家會用鉛包覆太陽能電池的活性材料,但不管是市面上的產品還是矽晶太陽能板,這些都不易溶解,而鈣鈦礦存有遇水降解的問題,一旦太陽能板受損,下雨時鉛就會流至自然環境中。

因此現在有許多科學家都想製造出不影響轉換效率的無鉛鈣鈦礦技術,像是清華大學便嘗試用錫、鍺、鉍、銻、銅和錳來取代鉛,先前研究也指出,當以其他金屬取代部分的鉛時,轉換效率最高可達 17%。

團隊指出,錫的應用潛力最大,它的外部電子殼結構跟鉛差不多,離子半徑也比較小,這讓材料在鍵合時不會影響晶格結構,目前團隊也測試過各式錫鈣鈦礦的排列組合,像是將錫與銫等金屬相結合,打造出全新的鈣鈦礦層,未來研究則會持續提高其穩定性與效率,希望有朝一日可讓鉛被無毒元素取而代之。

2018 年中旬時,台灣交通大學研究生也在無鉛錫鈣鈦礦太陽能研究有所突破,研究指出,無鉛鈣鈦礦材料接觸到空氣中的水和氧後,會快速分解退化,而其純錫鈣鈦礦太能電池轉換效率為 8.5%,儲存 2,000 小時後其元件效能可以提升 9.6 %,在強光環境下更可維持 1 小時以上,也是個無鉛鈣鈦礦未來新星。

(合作媒體:科技新報。首圖為矽晶太陽能示意圖,來源:Oregon Department of Transportation via Flickr CC BY 2.0)

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