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讓電池更持久,量子點鈣鈦礦太陽能轉換效率高達 25.7%

奈米技術量子點(Quantum Dot)除了能應用在顯示器,變成近年知名的QLED電視,還有助提高太陽能轉換效率,最近瑞士與南韓科學家攜手合作,研發出轉換效率高達 25.7% 的量子點鈣鈦礦太陽能電池。

這十年來鈣鈦礦太陽能轉換效率成長驚人,從原先的 3% 增加到 24% 以上,也因為鈣鈦礦製造成本低、重量輕、靈活可撓,科學家對它的關注從來沒有少,但鈣鈦礦太陽能還是有許多改進空間,包括容易衰退、穩定性不佳等問題。

過去科學家嘗試透過添加大分子、添加劑或各種化合物來提高穩定性,如今瑞士洛桑聯邦理工學院 EPFL 和韓國能源研究所再出妙招,在製造配方中添加量子點,成功打造更穩定的太陽能電池,效率更達到高水準。

其中量子點是一種奈米微晶體半導體材料,晶粒直徑大約只有 2~10nm ,最大的特色是能量間隙隨晶粒大小而改變,晶粒愈大,能量間隙愈小,晶粒愈小,能量間隙愈大,照光時會發出特定波長的光,適合套用在各種光學應用,包括電視、太陽能中。

大多量子點由 II-VI、III-V或 IV-VI 族元素組成,團隊則採用氧化錫製成的量子點,並當作鈣鈦礦太陽能的電子傳輸層,與常見的二氧化鈦電子傳輸層相比,量子點有助提高設備捕獲光能力,並降低電子傳輸層與電擊的不良反應。

鈣鈦礦太陽能的電池結構大多為陰極-電子傳輸層-鈣鈦礦的光吸收層(主動層)-電洞傳輸層-陽極,當電池吸收陽光時,會在主動層產生電子電洞對,科學家則運用傳輸層來控制電子與電洞,進而產生電流與電壓。

最終團隊研發出效率高達 25.7% 的量子點鈣鈦礦太陽能電池,若放大太陽能電池尺寸,發電表現其實也不差,尺寸約 1 cm2  的量子點鈣鈦礦太陽能電池轉換效率效率為 23.3% ,20cm2  則是 21.7 %,64 cm2  為 20.6%,轉換效率都比大部分的矽晶太陽能高。

(首圖來源:pixabay

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