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鈣鈦礦-矽太陽能迎來新氣象，轉換效率有望提高至 32%

作者 Daisy Chuang | 發布日期 2019 年 04 月 15 日

雖然現在愈來愈多科學家秉持著兩人合力事倍功半的精神，開始將兩種不同太陽能材料串聯，盼提高太陽能轉換效率，但就像小組報告中總會有人拖後腿，研發串聯太陽能不太容易，對此，美國科學家已透過新電池設計，開發全新鈣鈦礦-矽太陽能電池，轉換效率更有望提高至 32.2%。

矽晶太陽能是目前最常見的太陽能技術，但它其實並不是轉換效率最高的太陽能板，只是具有成本跟製造優勢。其中矽只能吸收紅外或是近紅外光，將其他的光轉換成熱，且在大規模商業化情況下，矽晶太陽能轉換效率也逐漸觸頂，因此科學家開始想透過串聯技術，讓其他太陽能材料來助矽晶一臂之力。

像是英國、瑞士、美國與中國等國都正絞盡腦汁想研發鈣鈦礦-矽晶太陽能，讓鈣鈦礦吸收藍光再轉換成電流，矽晶則負責轉換紅光、近紅外光。

只不過兩種材料合作過程總有摩擦，目前技術多是將鈣鈦礦層直接疊在矽太陽能板上，但材料相疊後會發生能隙重疊效應（bandgap overlap effect），使底部矽晶電池性能大打折扣，且將串聯兩種電池更意味著電路設計也跟過去所不同，兩個電池的輸出量也必須要一樣，因此電力輸出較高的電池會受到較低那一方的限制，這讓鈣鈦礦-矽太陽能在發電跟製造方面都存有極大挑戰。

全新鈣鈦礦-矽晶太陽能發電模式

對此，美國華盛頓大學科學家採用全新的太陽能製程與結構設計，讓鈣鈦礦直接「生長」在矽基太陽能板上，值得注意的是，鈣鈦礦太陽能板並不是將藍光轉換成電，而是將藍光轉變成近紅外光，讓底下的矽晶太陽能板可以吸收並轉換更多的光。

該團隊主要是受到之前中國研究的啟發，兩年前中國吉林大學也有做過類似實驗，他們把稀土金屬鐿噴塗在鈣鈦礦上之後，發現新型太陽能明明已吸收藍光產生電子，但並不會產生電流，而是將能量輸送給鐿原子，而這並非壞事，因為鐿原子激發後會發射近紅外光，這一現象反而有助下方的矽晶太陽能吸收光，進一步提高轉換效率。

華盛頓大學化學家 Daniel Gamelin 表示，鐿原子所產生的近紅外光子大多會傳到下方的矽太陽能電池中，讓太陽能板更有效的吸收光，與此同時也能降低熱導致的損失。但科學家若要採用這一方案，還是有些許挑戰待跨，像是鈣鈦礦太陽能板如何疊加在矽晶太陽能板之上、如何讓鈣鈦礦材料分布均勻等。

為解決這一挑戰，華盛頓大學科學團隊也運用新製程，他們透過常見的太陽能生長方法「真空沉積（Vacuum deposition）」技術，成功在 14 公分大小的矽太陽能板上形成摻雜鐿的鈣鈦礦層。新型太陽能板的性能也相當好，Gamelin 估計新型太陽能應該可以轉換 32.2% 的太陽光，與過去研究的 27% 效率相比已提高19.2%。

雖然目前尚不知道該技術是否可以將轉換效率提高到如此境界，畢竟團隊還無法知道鐿原子在轉換過程中會流失多少近紅外光，但對於太陽能產業來說，能提高轉換效率基本上就是一大好事。

https://www.pvesco168.com.tw/news-detail-2265304.html

 

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