發表高效率且超便宜的鈣鈦礦太陽能電池又要讓再生能源價格下滑

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雙層的鈣鈦礦電池有效地捕捉藍光和紅光,可能導致便宜的太陽能。

太陽能能夠多便宜?我們還不知道。但太陽能板價格驚人的下跌,只會很明顯地隨著宣布鈣鈦礦(perovskite)太陽能電池突破20%效率標記而繼續下跌。在領先的研究人員形容鈣鈦礦是太陽能與很可能是一般電力生產的未來,這項宣布就出現在兩天之後。

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有很多方法能從陽光來產生電力,但太陽能市場被矽晶電池(silicon crystal cell)所控制。大部分的其他方法大體上是比較沒有效率、或是很荒唐的貴。然而,在過去幾年,關於鈣鈦礦做成的電池一直有強烈的推測。一種類型的晶體以某種結構,來模仿自然生成的鈦酸鈣(calcium titanium oxide)。 鈣鈦礦不需要高溫處理,而高溫處理佔了很多矽電池的成本。

對於某些其他的太陽能選擇同樣是真的,但它需要花數十年來達到適度的效率收益。相反的,從第一篇從鈣鈦礦和陽光來產生電力的論文到現在只有7年,那時的效率是3.8%。3年後,牛津大學的Henry Snaith教授,藉由如何做出10%效率的太陽能電池,改變了比賽。

今年初,藉由結合鈣鈦礦電池與傳統矽模組來補獲25.2%的太陽能,Snaith創造了新紀錄。

現在,Snaith做得更好。一項他在科學期刊(Science)發表的成就,把兩層鈣鈦礦放在一起,來產生一個有20.3%效率的太陽能電池。雖然比矽與鈣鈦礦組合的效率差,但Snaith的最新研究正在逼近矽太陽能電池紀錄,而且很可能可以更便宜地來大量生產。

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新的鈣鈦礦疊層太陽能電池的剖面圖紅色電池吸收高能量(藍光)光波但允許通過的低能量光被棕色的鈣鈦礦收集

任何種類的光伏電池(photovoltaic cell)的最大挑戰是從各種波長中取出能量。Snaith做出一種鈣鈦礦,能有效地捕獲藍光,但讓大部分的紅光通過;並且在玻璃上印上一層這種鈣鈦礦。這個玻璃被堆疊到另一種不同的鈣鈦礦上面,而那種鈣鈦礦能有效地困住紅光。

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雖然藍光專家的鈣鈦礦已經存在一段時間了,它吸引了Snaith的共同作者華盛頓大學的Giles Eperon博士來做適合光譜紅端的鈣鈦礦。使用錫、鉛、銫、碘、以及有機材料的一種組合,Eperon在範圍上獲得成功,它的研究甚至捕獲到接近可見光的紅外線。

除了增加效率的需求之外,實際使用鈣鈦礦太陽能電池的主要障礙是在當暴露於氧、熱、和水時,大部分的鈣鈦礦太陽能電池會很快地失去性能。 在以攝氏100度(華氏212度)烘烤他們的產品4天之後,Snaith和Eperon感到滿意。熱將不再是一個問題,而且也不認為氧是一個問題。

這星期在自然能源期刊(Nature Energy)招徠的太陽能未來,甚至可能比它的擁護者所了解的更接近。

來源:IFLScience