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新式鈣鈦礦太陽能電池效率超越矽


美國史丹佛大學(Stanford University)與英國牛津大學(Oxford University)的研究人員們結合兩種鈣鈦礦材料,生產出一種性能穩定的太陽能電池,不僅具有超過20%以上的效率,並可印刷在塑料基板上。
研究人員首先開發出具有理想匹配能隙的四端和兩端「鈣鈦礦-鈣鈦礦串聯」太陽能電池。每一種電池單元都可在玻璃上印刷,但相同的技術也可以用於在塑料上印刷電池單元。
所開發的鈣鈦礦——FA0.75Cs0.25Sn0.5Pb0.5I3具有紅外線吸收1.2eV能隙,可帶來14.8%的效率。藉由結合這種材料以及更寬能隙的FA0.83Cs0.17Pb(I0.5Br0.5)3材料,可形成一種具有兩端串聯電池的單晶,能以超過1.65 V的開放電路電壓提供17.0%的效率。研究團隊並以機器式堆疊4端串聯的電池,實現20.3%的效率。
史丹佛大學材料科學與工程教授Michael McGehee說:「鈣鈦礦半導體表現出更有希望以低成本製造高效率太陽能電池。因此,我們設計出一種堅固的全鈣鈦礦元件,以20.3%的效率將陽光轉換成電能,這已相當於當今市場上的矽晶太陽能池效率。我們以串聯實現的元件已經遠超過以其他低成本半導體(如有機小分子與微晶矽)串聯的太陽能電池最佳表現。」
具有紅外線吸收能力的鈣鈦礦電池表現出優越的熱與大氣穩定度,這是其他鈣鈦礦材料無法達到的優點,而且以長期來看,它能夠讓「所有的鈣鈦礦」薄膜太陽能電池以最低成本達到最高效率。
「我們所展示的全鈣鈦礦串聯電池,清楚展現了薄膜太陽能電池未來可達到30%轉換效率的發展藍圖,」牛津大學物理系教授暨新創公司Oxford Photovoltaic的共同創辦人Henry Snaith表示。
他說:「鈣鈦礦的多功能性、材料和製造的低成本,以及可實現非常高效率的潛力,一旦證實其可製造性和可接受的穩定度後,可望改寫太陽能產業。」

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