鈣鈦礦與矽串聯  更便宜更長壽的太陽能電池

編譯／高晟鈞

近日，密西根大學發現了一種防止鈣鈦礦半導體快速降解的新方法，可以幫助減少薄膜太陽能板成本的兩到四倍以上。

明顯的優缺點

鈣鈦礦可以與當今太陽能電池板普遍使用的矽基半導體結合，製造出「串聯」太陽能電池，有望超過矽基太陽能電池的最大理論效率。

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矽基太陽能電池非常高效，且可以持續相當長的時間。然而，高效率也伴隨著高成本，製造超純度矽需要超過1000^OC的溫度，否則其效率會直線下降。另一方面，儘管鈣鈦礦可以在較低的溫度下生產，但當其暴露於熱、潮濕和空氣中時容易降解。因此，目前鈣鈦礦仍面臨壽命短、難以大量生產的窘境。

提高穩定性

部分鈣鈦礦晶體內的鉛原子沒有與其他成分完全結合，這種缺陷阻礙了電子的運動，並加速了鈣鈦礦材料的衰變。對此，作者Xiwen Kong表示，大體積的「缺陷平息分子」（Defect Pacifying Molecules）將有望解決這一大問題。

將缺陷平息分子混和到鈣鈦礦中可以幫助鎖定配位基不足的鉛，進而防止在高問下形成其他缺陷。然而，直到現在，其背後的機制仍需要更多研究。

原理的探討

為研究分子上的那些特徵對於提高鈣鈦礦穩定性有著重要影響，研究團隊創造了三種形狀、尺寸各異的添加劑，並將其添加進鈣鈦礦晶體薄膜中。隨後，研究團隊將測量不同添加劑與鈣鈦礦相互作用的強度，及其如何影響薄膜中缺陷的形成。

研究團隊發現，質量較大的分子更容易黏附在鈣鈦礦上，因為它們具有更多與鈣鈦礦晶體相互作用的結合位。這使得大質量分子能更好地防止缺陷形成。

製造過程中，大而細的分子容易產生較小的鈣鈦礦晶粒。較小的晶粒並不理想，因為它們也會產生具有更多晶界或更多形成缺陷的區域的鈣鈦礦電池。相反，大分子迫使形成更大的鈣鈦礦晶粒，從而降低了薄膜中晶界的密度。將鈣鈦礦薄膜加熱至攝氏 200 度以上，證實大體積添加劑有助於薄膜保留更多其特有的板岩黑色，並減少結構缺陷。

此研究將有望進一步推進鈣鈦礦太陽能電池的實現與量產，從而達到永續環境的理念。

資料來源:TechXplore

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