鈣鈦礦太陽能電池優缺點

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鈣鈦礦太陽能電池優缺點

發表於 2018-03-01 11:06:50

鈣鈦礦太陽能電池，科學家們在最新研究中發現，一種鈣鈦礦結構的有機太陽能電池的轉化效率或可高達22.1%，為目前市場上太陽能電池轉化效率的2倍，能大幅降低太陽能電池的使用成本。相關研究發表在最新一期的《自然》雜誌上。

儘管研究團隊還沒有演示以新材料為原料製造的高效太陽能電池，此項研究已成為此前諸多研究強有力的補充，證明了擁有獨特晶體結構的鈣鈦礦有望改變太陽能產業的面貌。當前市場上佔主流的太陽能電池以矽和碲化鎘為材料，達到目前的轉化效率歷時10多年;而鈣鈦礦只花了短短4年時間的研究，有鑑於此，即使業界保守人士也對鈣鈦礦非常看好。

該研究的領導者、賓夕法尼亞大學能源創新研究中心聯合主任安德魯˙阿姆表示，以新式鈣鈦礦為原料製造的太陽能電池能將大約一半的太陽光直接轉化為電力，為目前的2倍，因此，只需一半太陽能電池就可提供同樣的電力，這將大大減少安裝成本，從而讓總成本顯著降低。

另外，阿姆說，與傳統太陽能電池材料不同，新材料並不需要電場來產生電流，這將減少所需材料的數量，產生的電壓也更高，從而能增加能量產出;而且，新材料也能很好地對可見光做出反應，這對太陽能電池來說意義重大。

研究人員也證明，新材料稍作改變就能有效地將不同波長的太陽光轉化為電力，科學家們可藉此製造出擁有不同層的太陽能電池，每層吸收不同波長的太陽光，從而顯著提高能效。

不過，有專家則強調，儘管這些屬性非常有用，但阿姆團隊要想製造出可用的鈣鈦礦太陽能電池還有很長的路要走。首先，這種太陽能電池產生的電流很低。

鈣鈦礦太陽能電池的優缺點

從2009年到2015年的短短6年間，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率從3.8%一下子躍升至20.3%，提高了5倍多。其效率進步之快，以至於被《科學》期刊評為2013年的10大科學突破之一。當前，鈣鈦礦太陽能電池的學術研究仍然十分活躍，其產業化前景也十分看好，但實用化技術的研究成果尚待突破。

這是因為：

一 鈣鈦礦電池的優勢：

轉換效率發展速度快——6年時間從3.8%升到20.3%，而2013年11月美國科學家在最新研究中發現，新式鈣鈦太陽能電池的轉化效率或可高達50%，為目前市場上太陽能電池轉化效率的2倍，這說明了它還有很大的發展潛力; 電池製作工藝簡單——實驗室中常採用液相沉積、氣相沉積工藝、液相/氣相混合沉積工藝;

電池發電成本低——甚至有可能會比火力發電還低;

建築一體化潛力——鈣鈦礦型電池屬於薄膜電池，目前主要就是沉積在玻璃上，還可以通過控制各層材料的厚度和材質來實現不同程度的透明度，當然效率也會降低，不過這類應用是值得嘗試的。例如牛津大學的實驗室已經可以做出半透光（灰褐色）的電池。如果將採光與發電融為一體的太陽能電池開發順利，有望成為高樓大廈幕牆裝飾、車輛有色玻璃貼膜等的替代品。

二鈣鈦礦電池的劣勢：

材料有毒——鈣鈦礦電池材料含有鉛，不過鉛跟其他類型電池含有的砷、鎵、碲、鎘相比，簡直就是小巫見大巫。而美國西北大學也已研發出一種用錫代替鉛的鈣鈦礦太陽能電池，不過這種電池的轉換效率還只有6%，而且材料非常不穩定，目前處於研發初級階段;

材料不穩定——鈣鈦礦中的鉛容易氧化使碘揮發，且當晶體遇溼時則易分解。如果我們使用鈣鈦礦電池發電，它很有可能分解滲出流到屋頂或土壤中;

電池壽命不長——目前，壽命最長的鈣鈦礦太陽能電池可達到1000小時，由華中科技大學和洛桑聯邦理工學院合作研發。而傳統晶矽電池壽命一般可達到25年，比鈣鈦礦電池長得多。

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