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新技術效率創新高 城大聯合研發鈣鈦礦太陽能電池
台灣好報     2022/04/22 12:18
【記者 王雅君/台北 報導】

由香港城市大學(城大)聯合領導的國際團隊研發出新技術,可將反式鈣鈦礦太陽能電池的效率大幅提升至25%,這是一個新紀錄,有助促進鈣鈦礦太陽能電池商業化。

團隊發明的新技術,是應用二茂鐵有機金屬化合物(FcTc2)作為介面材料,以提升反式鈣鈦礦太陽能電池的效率及穩定程度。

城大化學系助理教授朱宗龍博士說:「我們是首個團隊成功將反式鈣鈦礦太陽能電池的效率提升至25%,並且通過國際電工委員會的穩定測試。」

該研究成果已於國際著名期刊《科學》上發表,論文題為「用於高效反式鈣鈦礦太陽能電池的有機金屬功能化介面」。

鈣鈦礦太陽能電池具有低成本、低溫生產、重量較輕及靈活的特性,因此有潛力取代傳統的矽太陽能電池。鈣鈦礦太陽能電池既可印製於膠片上成為柔性太陽能電池,又可覆蓋於玻璃窗上吸收陽光。

然而,鈣鈦礦材料含有化學反應成分,在高溫及潮濕的環境下容易變得不穩定及品質下降,以致影響其使用壽命。

倫敦帝國學院有機金屬化合物專家Nicholas J. Long教授說:「二茂鐵的獨有特性,有助解決鈣鈦礦太陽能電池的問題。」他的研究團隊研發出上述有機金屬化合物。

朱博士補充說:「二茂鐵能夠減少鈣鈦礦表面的反應,因此可同時提升鈣鈦礦太陽能電池的效率及穩定性。」

鈣鈦礦太陽能電池由多層材料組成,當中的鈣鈦礦層用作收集陽光,而二茂鐵分子則可將鈣鈦礦活性層的電子加快傳送至電子轉換層的電極,因此可提升光電轉換的效率。

該有機金屬化合物還有另一優點。「這種二茂鐵有機金屬化合物可通過化學結合力,固定鈣鈦礦表面的離子,令鈣鈦礦太陽能電池減低對外在環境的敏感程度,並減慢器件的退化過程,」朱博士解釋說。

城大團隊在實驗中發現,新式太陽能電池在連續受到光照逾1500小時仍能運作,並保持98%以上的原有效率。此外,電池在高溫及潮濕環境下(攝氏85度及濕度85%)仍表現非常穩定,達到光伏器件商業化標準。

朱博士說:「這個研究最大的挑戰是要製造出高效率又相當穩定的鈣鈦礦太陽能電池。這些可靠的數據意味鈣鈦礦太陽能電池將進入商業化階段。」

聯合團隊已為該發明取得專利。他說:「我們期望通過研發的新式分子和簡單方法,進一步加速鈣鈦礦太陽能電池的生產步伐,為全球『零碳』的可持續發展目標作出貢獻。」

研究論文的通訊作者為朱博士及Long教授,第一作者為城大化學系博士生李稹和吳鑫,以及博士後研究員李博博士。其他城大成員為化學系博士後研究員張守峰博士及博士生高丹鵬。

這項研究獲城大、創新及科技基金、研究資助局的傑出青年學者計劃及優配研究金,以及廣東省自然科學基金支持。

上圖:二茂鐵有機金屬化合物FcTc2的分子結構以及在鈣鈦礦太陽能電池上的應用。
下圖:二茂鐵有機金屬化合物的運作機制。

(資料來源:台灣好報)