钙钛矿太阳能应用潜力高,制程简易、转换效率成长迅速,为备受看好的下一代太阳能产品,现在美国科学家又再加速钙钛矿太阳能电池的商业进展,让大面积电池制造更简易之外,还有效提高材料的耐用性。
目前市面上的太阳能板都是由矽晶制成,效率平均落在22%左右,虽然已经规模商业化、技术相当成熟,但矽晶制程也是昂贵且能源密集,相较之下钙钛矿为合成半导体材料,生产成本低、也可将更多的日照转换成电。
然而商业规模钙钛矿太阳能制程也有许多挑战,其中一个就是“将半导体涂覆到玻璃基板上”。现在的钙钛矿涂层过程必须在充满非惰性气体(如氮气)的小型容器中进行,防止钙钛矿与氧气反应、降低性能。
但这种方法就不利于制造大面积钙钛矿电池,美国科罗拉多大学博尔德分校化学与生物工程教授 MichaelMcGehee表示,开始对大片玻璃镀膜时,充氮盒子中进行镀膜就变得越来越困难。
因此团队开始寻找,另外一种避免钙钛矿材料与空气产生破坏性反应的方法。
他们发现,在涂覆前,可以在钙钛矿溶液中添加甲酸二甲胺(DMAFo),能有效防止材料氧化,之后该制程就可以在小盒子外的环境中进行。实验显示,使用DMAFo添加剂制成的钙钛矿电池,效率更接近25%,与目前钙钛矿电池26%的效率记录相当。
添加剂还提高了电池的稳定性。新研究显示,用DMAFo制成的钙钛矿电池在研究人员将其暴露在模拟阳光的LED光下700小时后,仍维持90%效率。相较之下,在没有DMAFo且在环境空气中制备的电池,仅在300小时后就迅速降解。
McGehee的团队正在积极开发串联电池,其实际效率超过30%,并且具有与矽电池板相同的使用寿命。
虽然说研究显示大幅延长材料耐用性,但一年长达8,000小时,还需要时间更长的测试,来确定钙钛矿电池的使用寿命,团队认为,现在要说钙钛矿电池稳定性可与矽晶媲美,还为时过早,但我们正朝这目标前进。