香港城市大學(xué)（城大）成功研發(fā)新的器件結(jié)構(gòu)和製備方案，可大幅提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性和效率，並簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序，降低成本，令相關(guān)電池的商用前景更為廣闊。
這項(xiàng)剛於國(guó)際期刊《科學(xué)》發(fā)表的研究極其重要，因?yàn)槌谴髨F(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化器件結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)未來(lái)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工業(yè)生產(chǎn)，提升業(yè)界將這類電池作商業(yè)用途的信心。
化學(xué)系朱宗龍教授說(shuō)：「這項(xiàng)技術(shù)使生產(chǎn)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的過(guò)程變得更容易且成本更低，同時(shí)延長(zhǎng)了電池的使用壽命，能夠推動(dòng)太陽(yáng)能技術(shù)的重要進(jìn)步。」他解釋說(shuō)鈣鈦礦能高效地將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，並且在多個(gè)領(lǐng)域中展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。
兩項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)
從廣義層面來(lái)說(shuō)，城大團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)一種較現(xiàn)行太陽(yáng)能電池更長(zhǎng)壽、更有效將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能的新型太陽(yáng)能電池。
團(tuán)隊(duì)為這種電池的結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)出兩項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)。第一項(xiàng)是將電池結(jié)構(gòu)原有的空穴選擇層與鈣鈦礦層二合為一，精簡(jiǎn)了生產(chǎn)程序。第二項(xiàng)則是電子傳輸層改用耐熱性極佳的無(wú)機(jī)物質(zhì)二氧化錫代替?zhèn)鹘y(tǒng)的富勒烯（fullerene）及浴銅靈（BCP）等有機(jī)物質(zhì)，大大提升器件運(yùn)作時(shí)的穩(wěn)定性。
論文的共同作者兼城大博士後高丹鵬博士說(shuō)：「研究提出的器件結(jié)構(gòu)是現(xiàn)行鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，對(duì)於推動(dòng)這類電池的產(chǎn)業(yè)化具有極大的優(yōu)勢(shì)。」高博士具體解釋上述方案的好處在於免卻慣用的有機(jī)物質(zhì)傳輸層，有效降低生產(chǎn)過(guò)程中的物料成本之餘，還可大幅簡(jiǎn)化生產(chǎn)步驟。
兼顧成本效益與可持續(xù)發(fā)展
相關(guān)研究展示了一些值得注意的數(shù)據(jù)。朱教授指出團(tuán)隊(duì)在改善二氧化錫層的氧空位缺陷後，器件的能源轉(zhuǎn)化效率已超越25%。同時(shí)，器件在嚴(yán)格測(cè)試狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)作2,000小時(shí)過(guò)後仍能維持逾95%的效率。
上述表現(xiàn)超越了傳統(tǒng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，並符合業(yè)界所訂關(guān)於器件壽命的多個(gè)基準(zhǔn)。研究成果簡(jiǎn)化了太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)程序並提升量產(chǎn)的成本效益，為太陽(yáng)能電池開(kāi)拓出更可靠和更有效率的發(fā)展前路。
材料科學(xué)及可再生能源科技的研究人員，以及生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的公司都會(huì)對(duì)相關(guān)研究感興趣，因?yàn)樗鼮殁}鈦礦太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)及持久穩(wěn)定性帶來(lái)了突破。而能源消費(fèi)者及環(huán)保組織亦樂(lè)見(jiàn)更有效率、更耐用及更易於生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池所帶來(lái)的好處。
此外，制訂環(huán)境保護(hù)政策的決策者也會(huì)注意到本研究的價(jià)值，因?yàn)楸狙芯繑U(kuò)展了可再生能源的應(yīng)用範(fàn)圍，減少對(duì)化石燃料的依賴和保護(hù)環(huán)境及氣候。
擴(kuò)展應(yīng)用規(guī)模
城大團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這項(xiàng)關(guān)於太陽(yáng)能電池的研究將對(duì)環(huán)球能源市場(chǎng)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響，並有助加快市場(chǎng)轉(zhuǎn)向發(fā)展可再生能源。團(tuán)隊(duì)下一步將專注研究如何將這種創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)應(yīng)用於更大型的鈣鈦礦太陽(yáng)能模組，目標(biāo)在於進(jìn)一步提升相關(guān)技術(shù)的效率和可擴(kuò)展性。
本研究計(jì)劃的合作團(tuán)隊(duì)包括來(lái)自美國(guó)的國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室及英國(guó)的倫敦帝國(guó)學(xué)院，彰顯環(huán)球合作為研發(fā)可持續(xù)能源方案所作的努力。朱教授說(shuō)：「我們研發(fā)的技術(shù)有可能在5年內(nèi)於太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)上應(yīng)用，將對(duì)全球進(jìn)一步達(dá)致可持續(xù)及更環(huán)保的能源生產(chǎn)發(fā)揮重要作用。」
上述在《科學(xué)》期刊上發(fā)表的論文題為「利用原子層沉積氧化錫達(dá)至鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性」。
