鈣鈦礦結合鉀，太陽能電池效率再提升

作者 Emma stein | 發布日期 2018 年 03 月 22 日 17:48 | 分類 光電科技 , 材料、設備 , 能源科技

鈣鈦礦電池是下一代太陽能電池中最具競爭力者，而劍橋大學團隊現在發現只要透過添加碘化鉀，就能再提升鈣鈦礦太陽能電池的效率達 21.5%，將更多陽光轉為電力。

研究人員這樣描述：碘化鉀「治癒」了鈣鈦礦太陽能電池僵化的離子行為，這缺陷已限制便宜的鈣鈦礦電池提升效率多年。

鈣鈦礦做為一種極有前途的離子半導體材料，從首次發現至今短短幾年就在商業薄膜光伏技術中產生競爭力，由於成本低廉、可低溫產製，對太陽能電池與照明設備商有莫大吸引力。

但還是有些條件妨礙了鈣鈦礦的效率，比如鈣鈦礦結晶結構中的微小缺陷常被稱為「陷阱」，可能會導致電子在能量被利用前「卡住」，而電子在太陽能電池材料中移動越容易，光子被轉化成電的效率越高；另一個問題是，離子於陽光照射時在電池中移動會導致能隙（band gap）發生變化，改變材料吸收的光。

劍橋大學研究人員 Sam Stranks 表示，到目前為止，科學家都還沒有找到可使材料能隙保持穩定的方法，所以只能試圖調整鈣鈦礦層的化學組成來固定離子運動，而這使鈣鈦礦搖身變成彩色 LED 材料而非太陽能電池。

在新實驗裡，研究人員於墨水中添加碘化鉀，等墨水乾掉就會留下化學組成改變的鈣鈦礦層薄膜。科學家發現，碘化鉀於鈣鈦礦層頂部形成的「裝飾層」可以「癒合」陷阱，讓電子更自由移動並固定離子運動，使材料擁有穩定能隙，這代表串聯的鈣鈦礦太陽能電池將變得更高效。

而鈣鈦礦與鉀結合表現出良好穩定性，轉換效率達 21.5%，與最好的鈣鈦礦太陽能電池相似，離矽太陽能電池的實際效率極限（29%）也不遠。若是由 2 個具理想帶隙的鈣鈦礦層製成串聯電池，可能具有 45％ 的理論效率極限和 35％ 的實際極限──全高於當前矽電池的實際效率極限。

與其他光伏技術不同，由於鈣鈦礦非常隨和，科學家無需添加額外有機層，只要透過不同材料與比例混合就能得出不同的光學特性與電性表現，任何一種新組成都可能讓鈣鈦礦性能變得更好。新研究發表在《自然》期刊。