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為鈣鈦礦電池尋出路,串疊型電池與鈦金屬是潛在良方

2018年02月26日 9:3 3966次瀏覽 來源:   分類: 鈦資訊   作者:

   做為最受歡迎的再生能源產(chǎn)業(yè),太陽能領(lǐng)域競爭非常激烈,目前市占率最高的太陽能電池為多晶硅與單晶硅等硅晶電池,但長江后浪推前浪,新興的鈣鈦礦電池正虎視眈眈盯著市占第一的寶座。美國布朗大學與內(nèi)布拉斯加大學林肯分校(UNL)組成的團隊也致力于提升鈣鈦礦電池的性能,更找到取代有毒物質(zhì)──“鉛”的材料。

鈣鈦礦電池具有便宜、制程容易的優(yōu)點,光電轉(zhuǎn)換效率也從 2009 年的 3.81%,提升至可與硅晶電池比擬的 22%,近期的研究更提升到 26%,然而鈣鈦礦電池中的鉛物質(zhì)具有毒性,可能會對生物與環(huán)境產(chǎn)生危害,因此化學材料學家紛紛尋找如何替代鉛或是解毒的方式。

布朗大學電機教授 Nitin Padture 表示,“目前鈣鈦礦的研究重點之一為尋找可替代鉛、無毒且穩(wěn)定的材料,我們則利用電腦模擬,認為一種含銫、鈦和鹵素成分(溴或碘)的鈣鈦礦電池是個良好的候選材料,而目前我們正在測試它的屬性。”

與其直接將鈣鈦礦電池取代硅晶電池,該團隊試圖將兩者合二為一,制作出“串聯(lián)”太陽能電池。在電池設(shè)計中,鈣鈦礦薄膜位于硅層的上方,由于鈣鈦礦是半透明材質(zhì),能讓一些光穿透至下方的硅層,兩者合作可將更多光轉(zhuǎn)換成電能。

鈣鈦礦與硅晶電池各有各的優(yōu)缺點,研究團隊希望可借由設(shè)計多層、不同能隙的材料來提升光電轉(zhuǎn)換效率,Padture 表示,目前還不打算取代現(xiàn)有的硅晶技術(shù),但團隊正在努力提高它的性能,如果可以能搶先制造出穩(wěn)定的無鉛串疊型電池,那就會是未來的贏家,而這種新材料看起來非常不錯。

研究人員制造出 1.8 伏特的寬能隙鈦─鈣鈦礦薄膜,該薄膜可以吸收更高能量的光子,其他光子則由底下的矽層吸收。雖然目前光電效率僅 3.3%,遠低于硅晶電池或是其他鈣鈦礦電池,但研究人員表示,此為首次嘗試的新材料,目前還有許多改進的空間。

美國斯坦福大學材料科學與工程教授 Michael McGehee 今年(2018)初也提出了類似的電池設(shè)計,根據(jù)他的研究,串疊型電池的效率比一般的硅電池高 10%,這可能是鈣鈦礦材料攻入市場的方式之一。

這也不是研究人員第一次尋找鉛的替代材料,但該團隊表示這項鈦含量多,也更加防生銹,并且提供的電壓比其他材料還要多。在其他無鉛的材料實驗中,開路電壓(Open-circuit voltage)通常僅 0.6 伏特,而錫金屬則會遇到生銹的問題。

開路電壓為電池在無負載的情況下,電池正負極之間的電壓。Padture 表示,此電壓通常用來評估太陽能電池材料的潛力,一開始就有如此高的電壓,未來應該滿有前途的。

責任編輯:陳巖

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