二十一世紀(jì)以來(lái),全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)所引發(fā)的能源消耗達(dá)到了空前的程度,再加上?境污染日益?重,世界各國(guó)的科研人員都致力于開(kāi)發(fā)新的?色能源和可再生資源,以保證能源正常供應(yīng)又能?低??境的破?。如今,硅基太陽(yáng)能電池?已發(fā)展了50年,應(yīng)用也日趨廣泛,但生產(chǎn)卻因?yàn)樵牧习嘿F而走到了瓶頸期。所幸期間也涌現(xiàn)出不少新技術(shù),包括有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(organic–inorganic hybrid perovskite solar cells)與全無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(all-inorganic perovskite solar cells)。?中,雖然有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合鈣鈦礦電池在光電轉(zhuǎn)換效率上更勝一籌,但當(dāng)溫度達(dá)攝氏85度時(shí),它的有機(jī)部分就會(huì)分解。相反,全無(wú)機(jī)鈣鈦礦?然光電轉(zhuǎn)換效率?差,?在高溫下有?佳的熱穩(wěn)定性(thermal stability),甚至可適用于沙漠這樣較為極端的環(huán)境。
因此,香港城市大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)一直在積極探研提高全無(wú)機(jī)鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換效率的方法。全無(wú)機(jī)鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率不高的主因,是制備鈣鈦礦時(shí)涉及快速結(jié)晶的過(guò)程,表面或晶界有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些缺陷,而這些缺陷會(huì)令電荷無(wú)法自由流動(dòng),窒礙電流形成,造成開(kāi)路電壓(open-circuit voltage)嚴(yán)重流失。于是他們?cè)谥苽溻}鈦礦的過(guò)程中,添加了特制的小分子6T1C-4F,以?少表面或晶界的缺陷。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),開(kāi)路電壓從1.10V顯著提高到1.16V,且填充因子(Fill Factor, 即電子有否被有效收集)及短路電流(Short circuit current)在添加6T1C-4F作鈍化后都有所改善。研究結(jié)果還顯示,在連續(xù)照射350小時(shí)后,電池的能量轉(zhuǎn)化效率只下降了約15%。這說(shuō)明添加6T1C-4F以鈍化鈣鈦礦的表面,不僅能保護(hù)鈣鈦礦的表面免受濕氣、氧氣和光線的侵蝕,而且結(jié)晶的顆粒增大了,能有效減少晶界缺陷及電流流失,使得全無(wú)機(jī)鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性均能有所提高。
據(jù)悉,香港城大上述新研發(fā)的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)換效率為16.1%,而獲中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院認(rèn)證的效率亦高達(dá)15.6%。
?次研究由香港城大學(xué)務(wù)副校長(zhǎng)兼化學(xué)及材料科學(xué)講座教授任廣禹教授??,他在在鈣鈦礦研究領(lǐng)域領(lǐng)先,其相關(guān)論文廣被引用。他指出,?次研究成果的突破在於找出了??方法,便可?成光???效率??定性兼具的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦電池。他相信, 全無(wú)機(jī)鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)換效率還有進(jìn)一步提升的潛力。
他又指出,他?這款全無(wú)機(jī)鈣鈦礦電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是“倒裝式”,適合制成疊層式太陽(yáng)能電池(tandem solar cells)。疊層式太陽(yáng)能電池的的特色是,能同時(shí)吸收不同光譜的太陽(yáng)光,因此科研界?料,其光電能量轉(zhuǎn)換率未來(lái)可超過(guò)30%。
任教授還表示,科研人員對(duì)鈣鈦礦電池展開(kāi)研究雖然只有約十年時(shí)間,但鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率已由最初的3.8%急增至超過(guò)25%,直逼我們現(xiàn)時(shí)常用的硅基太陽(yáng)能電池。加上鈣鈦礦以溶液制成,不僅制作簡(jiǎn)單易大量生產(chǎn),制造所需的能源更只是硅基太陽(yáng)能電池所需的十分之一,應(yīng)用潛力極大。倘若商業(yè)化,必定對(duì)解決現(xiàn)時(shí)的能源危機(jī)大有裨益。
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