突破 | 矽與鈣鈦礦材料結合,太陽能轉換效率躍升至 27.2%

2021-02-15 光伏盒子

太陽能技術日新月異，光電轉換效率紀錄每隔幾周又會再翻新，像是最近英國太陽能公司 Oxford PV 便透過鈣鈦礦-矽晶太陽能技術，將效率提高至 27.2%。

矽晶太陽能為當前產業首選技術，便宜、高效又穩定的優勢讓太陽光電成為最受歡迎的再生能源，但以目前已大規模商業化的技術而言，其轉換效率預期很難超過 25%，因此科學家一直在尋找另一個太陽能明日之星。

鈣鈦礦則是太陽能領域後起之後，光電轉換效率在 9 年內增加到可與矽晶太陽能媲美的 22%，近年來科學家更為了尋求突破與新材料，紛紛將鈣鈦礦與矽晶太陽能相結合，讓原本處於市場競爭關係的太陽光電材料握手言和，成為新型太陽能電池。

英國 Oxford PV 便以此技術成功研發出 1 平方公分大小的高效率鈣鈦礦-矽晶太陽能電池，該效率除了獲得德國 Fraunhofer 太陽能系統研究所（ISE）認證，也突破單一接面式（Single Junction）矽晶太陽能電池的 26.7% 紀錄。

該公司並不期望能將單一太陽能材料效率最大化，反而利用鈣鈦礦與矽晶電池各自優缺點與不同能隙特性，拼將鈣鈦礦-矽晶太陽能電池轉換效率躍升至 30% 以上。

理論上由於鈣鈦礦與矽晶材料能隙寬度不一，兩者光吸收範圍並不會重疊，因此可各司其職：鈣鈦礦負責吸收綠光、藍光並轉換為電能，矽則用於吸收紅光與近紅外光，但現實往往沒那麼簡單，能隙重疊效應（bandgap overlap effect）仍將底層矽晶太陽能電池的效率砍半，大大影響整體太陽能效率。

為研發出高效率鈣鈦礦-矽晶太陽能電池，該公司結合轉換效率達 17% 與 22% 的鈣鈦礦與矽晶太陽能電池，但由於能隙重疊效應，最終轉換效率比預期少 11% 左右。

不過與一般矽晶與鈣鈦礦電池相比，轉換效率 27.2% 已算是產業大突破。Oxford PV 目前也正努力在德國生產 156mm×156mm 商業尺寸鈣鈦礦-矽晶太陽能電池，並試圖出售其概念。

Oxford PV CEO Frank Averdung 指出，公司目前最大挑戰不是在提升轉換效率，而是要穩定其性能。由甲基氨基碘化鉛（MAPbI3）製成的鈣鈦礦遇到溼度會有衰退問題，該公司盼能逐一突破，並希望可在 2019 年投入測試，並於 2020 年推出產品。

Oxford PV 並非世界第一個研發鈣鈦礦-矽晶太陽能電池團隊，2018 年 2 月美國布朗大學與內布拉斯加大學林肯分校（UNL）已如火如荼研發該技術，還想研發出不含鉛的鈣鈦礦電池；瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）與瑞士電子和微技術中心（CSEM）組成的團隊也在本月中旬將該類型電池轉換效率提高到 25.2%，或許業界與研究院未來達 30% 效率指日可待。

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