2019/04/23 【TechNews】降低遇氧衰退問題，新型串疊型鈣鈦礦太陽能轉換效率已達 25%

鈣鈦礦太陽能已成為現在熱門的科學研究，不少學者正為了提高轉換效率以及降低遇氧衰退等問題而努力著，最近美國國家再生能源實驗室（NREL）則研發出串疊型全鈣鈦礦太陽能板，不僅緩解上述難題，轉換效率更可達到 25%。

在鈣鈦礦研究中，通常科學家目光都集中在寬能隙鈣鈦礦上，這是因為寬能隙材料比較耐高溫與高壓，也可以對太陽光譜中紫外線等較高能量的區域做出反應，但是若要打造串疊型鈣鈦礦太陽能，勢必要有一個鈣鈦礦太陽能是低能隙材料，這樣兩個太陽能電池才能吸收不同的光譜。

一般來說鈣鈦礦太陽能主要金屬為鉛，而科學家過去研究發現，只要將錫加入鉛鈣鈦礦之後，就可以降低鈣鈦礦太陽能的能隙，像是 2014 年美國與日本聯合團隊就整合傳統鈣鈦礦與錫鉛鈣鈦礦，將轉換效率提高至 23%。

只不過加入另一種元素也代表著性能會跟原本有所不同，錫金屬在空氣中相對不穩定，錫鉛鈣鈦礦晶格容易產生缺陷，進而破壞電荷傳遞致使太陽能電池效率不盡理想。

對此，NREL 提出一項解決方案，他們在錫鉛鈣鈦礦中添加胍硫氰酸鹽（guanidinium thiocyanate），此有機化合物除了可以防止鈣鈦礦中的錫與氧起反應，也能提高鈣鈦礦的性能，研究測試指出，電子激發時間已超過 1 微秒，與過去相比高出 5 倍，且錫鉛鈣鈦礦層的轉換效率也從 18% 提升至 20%。

目前 NREL 已將鈣鈦礦層與新型錫鉛鈣鈦礦串疊，轉換效率已突破至 25%。

該研究將有助於再次加速鈣鈦礦太陽能的進展步伐，其中鈣鈦礦太陽能是備受看好的下一代太陽能技術，具有製造成本低、可撓、轉換效率高等優點，尤其鈣鈦礦太陽能轉換效率已在短短 10 年間提高到 24% 以上，近期科學家的串疊型太陽能轉換效率也不斷破紀錄，像是英國 Oxford PV 的矽-鈣鈦礦轉換效率已達 28%，距離其 30% 目標愈來愈近。

而理論上串疊型全鈣鈦礦的轉換效率高達 30%，顯然成長空間尚未觸頂，NREL 資深科學家 Joseph Berry 則表示目前團隊也正努力提高上層鉛鈣鈦礦的效率，希望未來可以再將轉換效率更上一層樓。
（首圖來源：pixabay）