鈣鈦礦太陽能電池備受青睞

由於全球永續發展和清潔能源的大趨勢影響著我們為實現地球綠色未來而採取的能源策略，風能和太陽能等可再生技術成為研究的重點領域。在太陽能技術領域，鈣鈦礦太陽能電池(PSC)這一新興領域在過去15年中廣受關注。

然而，在一個由矽太陽能電池主導的領域，相對較新的鈣鈦礦太陽能電池技術除了具有高功率轉換效率外，還必須滿足另外兩個關鍵要求才能成功實現商業化：穩定性和擴充性。

在《科學》雜誌最近發表的一篇論文中，阿布杜拉國王科技大學(KAUST)的研究人員報告了一個重要的里程碑，即鈣鈦礦太陽能電池首次成功通過太陽光電濕熱試驗。

濕熱試驗是一種加快的嚴格環境老化試驗，旨在確定太陽能電池板長期承受高濕度滲透和高溫環境暴露的能力。該測試是在85%的濕度和攝氏85度的受控環境下進行1,000小時。這是為了模擬多年的戶外暴露條件，並評估腐蝕和分層等因素。

通過測試

該測試的嚴酷性符合太陽光電技術的商業化要求，即太陽光電(PV)技術需要保障傳統晶體矽元件具有25至30年的穩定性。為了通過測試，太陽能電池必須保留其初始性能的95%。

該項研究由Stefaan De Wolf的KAUST太陽光電實驗室博士後研究員Randi Azmi領導。他們的研究必須克服密封的鈣鈦礦太陽能電池具有的一個持久弱點，以防止封裝洩漏。3D鈣鈦礦薄膜的這一弱點會允許不必要的大氣介質滲入，並使其抗熱能力受限。KAUST研究人員的解決方案是透過設計和引進2D鈣鈦礦鈍化層來同時提高功率轉換效率和鈣鈦礦太陽能電池的使用壽命。

鈣鈦礦能取代矽嗎？

鈣鈦礦的特殊性在於它是一種薄膜技術。與傳統太陽能電池一樣，它仍然需要由特定類型材料製成的兩個觸點。一個負責收集電子，另一個的功能是收集帶正電的「空穴」(hole)——代表失去電子。但與矽晶片不同的是，鈣鈦礦可以使用前驅物溶液直接塗覆在玻璃基板上。該溶液由結晶成固態的溶劑製成。

鈣鈦礦太陽能電池板的顯著優勢之一是無需昂貴的設施和超過1,000度的能源密集型環境就可製造前驅物材料，這對於更傳統的半導體（如矽）卻是典型的場景。

De Wolf解釋道：「這是製造太陽能電池的一種非常簡單的方法。此外，雖然其光電特性並非特別突出，但依然非常出色。它們與品質非常高的傳統半導體旗鼓相當。這非常了不起。透過改變成分，還可以調整它對從紫外線到紅外線的整個太陽光譜的光譜靈敏度。這對於某些應用場景非常有吸引力。」

在性能和穩定性之後，剩下的挑戰是擴充性。大多數太陽能電池的應用都集中在公用事業部門和屋頂面板。

De Wolf表示：「市場是以矽為基礎的，而且至少在未來20年內將維持現狀。因此，我們主要關注改善鈣鈦礦太陽能電池的性能，以推動更高效率的『串聯』解決方案，將傳統的矽和鈣鈦礦搭配使用。當前的發現對提高這種鈣鈦礦/矽串聯太陽能電池的可靠性大有裨益。」

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