臺大國際團(tuán)隊(duì)開發(fā)新型製造方式 有助於鈣鈦礦太陽能電池大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)

國立臺灣大學(xué)凝態(tài)科學(xué)研究中心/高分子科學(xué)與工程研究所教授王立義與美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室奈米技術(shù)中心(Center for Integrated Nanotechnologies (CINT), Los Alamos National Laboratory)研究員Wanyi Nie與Hsinhan Tsai博士的研究團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出一種嶄新的合成途徑，成功克服目前嚴(yán)苛製程的限制，可用以製造高品質(zhì)鈣鈦礦膜，進(jìn)而生產(chǎn)高效能鈣鈦礦太陽能電池 (perovskite solar cells) 的元件模組，此項(xiàng)最新研究成果，於2021年3月19日發(fā)表於國際著名科學(xué)期刊《焦耳》(Joule)。

這項(xiàng)以本校為首的跨國研究，由王立義教授主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦前驅(qū)溶液內(nèi)，引入一種常應(yīng)用於純化天然氣的穩(wěn)定性無色液體環(huán)丁碸(sulfolane)作為添加劑，藉由有效控制鈣鈦礦的結(jié)晶行為，大幅延長製程的可加工時(shí)間，提高加工的便利性與彈性，因此可應(yīng)用於各類工業(yè)化製程。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用常見的浸漬方法(dipping process)，製造出大面積的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜，成功展示兩種不同面積的高轉(zhuǎn)換效能電池模組，有效面積與電池效率分別為15.84 cm2 (17.58%) 和36.6 cm2 (16.06%)。更重要的，這些元件模組具有優(yōu)異的操作穩(wěn)定性，在恆溫(50oC)與恆定照明條件下持續(xù)工作250小時(shí)後，仍能保留約90%的初始光電轉(zhuǎn)換效能。對此，臺灣大學(xué)材料科學(xué)與工程研究所博士生，同時(shí)為本論文第一作者的黃信祥說明：「本工藝具有方法簡易、成本低廉、相容於現(xiàn)有製程的優(yōu)勢」。Wanyi Nie與Hsinhan Tsai博士則指出：「本研究成果將可應(yīng)用於製造低成本的大面積太陽能電池模組，並容易與工業(yè)產(chǎn)線結(jié)合」。

近十年來，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率急遽升高，儼然已成為備受期待的一種新興再生能源技術(shù)。然而在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化前，需要開發(fā)出大面積鈣鈦礦太陽能電池模組的製造技術(shù)，並解決材料不穩(wěn)定性等相關(guān)問題。傳統(tǒng)鈣鈦礦太陽能電池製造方法，在工業(yè)規(guī)模製造上的主要障礙之一是其短暫的可加工時(shí)間與嚴(yán)苛的製備工藝，為了形成高緻密且均勻的鈣鈦礦薄膜，必須在幾秒鐘內(nèi)嚴(yán)格且精準(zhǔn)地控制製程沉積時(shí)間，增加了加工難度。然而，若採用本研究在鈣鈦礦前驅(qū)體中使用環(huán)丁碸添加劑，即能將製程的可加工時(shí)間從9秒內(nèi)延長至90秒，從而有較彈性的操作空間，可以在大面積上形成高度結(jié)晶的緻密鈣鈦礦層，對處理?xiàng)l件的依賴性較小，此方法可以輕鬆適應(yīng)現(xiàn)有的工業(yè)製造技術(shù)，有助於鈣鈦礦太陽能電池進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。

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