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轉換效率、開路電壓表現驚人,全鈣鈦礦串疊型太陽能創新紀錄


除了轉換效率,開路電壓跟短路電流也是太陽能電池的重要參數,數值愈高表示太陽能電池發電量就愈高,現在加拿大科學家研發的全鈣鈦礦串疊型太陽能電池,不僅有著 26.3% 高轉換效率,電壓也創新高。

鈣鈦礦電池能有效吸收並轉換陽光成電力,還有更輕、更薄、更靈活,製造也相對容易,加拿大多倫多大學跟美國西北大學、托萊多大學團隊透過兩種不同的鈣鈦礦,用兩種鈣鈦礦層吸收不同波長的光、加上特殊的表面處理,打造全新的全鈣鈦礦串疊型太陽能電池。

在效率方面,鈣鈦礦轉換效率十年內快速上升,從 2009 年的不到 4%,2021 年增加到超過 25%,現在表現可以跟當今熱能的矽晶太陽能媲美,鈣鈦礦電池也能跟矽晶太陽能電池串疊,最近學界也突破 30% 的效率里程碑。

團隊藉由調整材料的厚度和化學成分,能夠吸收不同的太陽光譜,主要作者 Chongwen Li 表示,在設計中,最上層的鈣鈦礦層有更寬的能隙,可以吸收紫外線以及一些可見光,下面那一層的能隙比較窄,能吸收更多紅外,因此可以吸收比矽晶太陽能更多的日照。

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尺寸 1 平方公分的新型太陽能電池最高效率為 27.4%,創下同類太陽能電池的紀錄,不過在美國國家再生能源(NREL)則表現出 26.3% 的效率,比目前的冠軍低 0.1%,開路電壓則是創新高達 2.19 電子伏特,是所有全鈣鈦礦串疊太陽能電池中最高的。

這主要是因為團隊調整鈣鈦礦吸光層和電子傳輸層,團隊發現由於鈣鈦礦表面的電場不一致,有些電子會「走錯路」到電路中,因此團隊添加了一層薄薄的 1,3-丙二銨(PDA)塗層平衡表面電荷。

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新電池的穩定性表現也不錯,在連續運行 500 小時後仍保持初始效率的 86%。團隊表示,將來目標是要讓電池更穩定、增加電流和擴大電池尺寸,提高太陽能電池的效率。

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