夢幻材料石墨烯助力,串疊型鈣鈦礦太陽能效率超越 26%

發佈日期: 2020 年 02 月 26 日 12:58 | 作者: | 分類: 產業資訊

近年來鈣鈦礦太陽能轉換效率進步飛速,十年間已經躍升到 24% 以上,不過效率升幅多多益善,最近義大利科學家更為鈣鈦礦電池新添戰力,在鈣鈦礦電池中加入神奇材料石墨烯(Graphene),最終研發出鈣鈦礦-矽串疊型太陽能,其效率已達 26.3%。

鈣鈦礦是著有相同晶體結構化合物的通稱,會因為組成材料的差異、有著不同的性能,轉換效率也各有高低,不過在該實驗中,義大利創新技術──能源與環境組織(ENEA)與羅馬第二大學科學家並沒有採用較常見的三碘合鉛酸甲基銨(MAPbI3)鈣鈦礦,考量到需要較高的光學能隙與穩定性,他們用混合陽離子與混合鹵化物鈣鈦礦進行實驗。

科學家將石墨烯薄膜沉積在鈣鈦礦的二氧化鈦(TiO2)電子傳輸層上,其中鈣鈦礦太陽能的電池結構大多為陰極-電子傳輸層-鈣鈦礦的光吸收層(主動層)-電洞傳輸層-陽極組成,透過將石墨烯沉積在二氧化鈦前體與奈米粒子上,進而提高鈣鈦礦薄膜的化學穩定性與耐用性,最後再把最佳化後鈣鈦礦電池機械式堆疊(mechanically stacked)在 HJT 異質結矽晶太陽能上方。

現在有愈來愈多科學家秉持著兩人合力事倍功半的精神,將兩種不同太陽能材料串聯,盼提高太陽能轉換效率,但兩種材料合作過程總有摩擦,若要串聯鈣鈦礦與高效率矽晶太陽能板,可能會影響電池的高溫與固態製程,底層矽晶太陽能吸收紅光、紅外光的效率也會大打折扣。

因此義大利科學家決定先單獨並最佳化製造鈣鈦礦與矽晶電池,最後在介觀(mesoscopic)角度下,將上層鈣鈦礦電池的背面電極與底下矽晶電池已紋理化、金屬化的正面電極相結合,科學家希望可以透過設計鈣鈦礦層的電洞傳輸層、陽極,以及石墨烯電子傳輸層,最終降低反射光損失(optical losses)。

目前義大利科學家已研發出 1.43 平方公分的鈣鈦礦-矽太陽能電池,轉換效率最高已達 26.3%,平均落在 25.9%,專案負責人 Aldo Di Carlo與 Mario Tucci 表示,過去已知石墨烯可提高鈣鈦礦太陽能電池效率,而在新研究中,團隊還發現在鈣鈦礦電子傳輸層加入石墨烯之後,並不會影響底下矽晶太陽能吸收紅光和紅外光。

目前研究已發表在《Joule》。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:ENEA

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