科學(xué)家研發(fā)超薄半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，厚度僅頭發(fā)絲萬(wàn)分之一

5 月 20 日消息，新加坡南洋理工大學(xué)（NTU）的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型超薄半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其厚度僅為一根頭發(fā)絲直徑的萬(wàn)分之一，大約是傳統(tǒng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的 50 分之一。盡管厚度極薄，但其光電轉(zhuǎn)換效率仍處于同類超薄器件領(lǐng)先水平。

相關(guān)成果已發(fā)表于《ACS Energy Letters》。由于該新型太陽(yáng)能電池具有半透明的特點(diǎn)，未來(lái)有望嵌入玻璃窗、車窗，甚至能用在智能眼鏡上，使“玻璃變電池”成為現(xiàn)實(shí)。

該研究由南洋理工大學(xué)物理與數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院及材料科學(xué)與工程學(xué)院的 Annalisa Bruno 副教授領(lǐng)導(dǎo)。Bruno 副教授表示，建筑環(huán)境約占全球能源消耗的 40%，能夠?qū)⒔ㄖ锉砻鏌o(wú)縫轉(zhuǎn)化為發(fā)電資產(chǎn)的技術(shù)正變得越來(lái)越緊迫。她指出，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可在相對(duì)較低的溫度下通過(guò)簡(jiǎn)單的工藝制造，并且可以調(diào)節(jié)以吸收特定波長(zhǎng)的光同時(shí)保持透明，還有望在大面積上實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瑥亩档吞甲阚E。

與傳統(tǒng)的硅基太陽(yáng)能電池不同，這些鈣鈦礦器件即使在間接陽(yáng)光和漫射光條件下也能發(fā)電，特別適合城市環(huán)境 —— 垂直建筑表面和頻繁的云層覆蓋往往會(huì)限制直射陽(yáng)光的獲取。例如，若該技術(shù)能在保持類似性能的前提下實(shí)現(xiàn)規(guī)?；笮筒Ａ粔赊D(zhuǎn)變?yōu)樘?yáng)能發(fā)電的活性表面。初步估算表明，在 Raffles Place 或 Marina Bay 區(qū)域的主要玻璃幕墻辦公樓部署該技術(shù)，理論上每年可發(fā)電數(shù)百兆瓦時(shí)。根據(jù)可用的玻璃面積和建筑朝向，這一發(fā)電量大約相當(dāng)于 100 套四房式組屋（HDB）的年用電量。

制造方法方面，NTU 團(tuán)隊(duì)采用了與工業(yè)兼容的熱蒸發(fā)法。該工藝在真空腔室中加熱源材料直至蒸發(fā)，蒸氣隨后沉積在表面形成薄膜。該方法可在大面積上沉積非常薄且均勻的鈣鈦礦層，同時(shí)避免使用有毒溶劑，并有助于減少太陽(yáng)能電池中的缺陷，提高光電轉(zhuǎn)換能力。研究人員認(rèn)為，這是首次完全使用真空工藝制造超薄鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，該技術(shù)可能更適合未來(lái)的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

利用該技術(shù)，研究人員制備了厚度低至 10 納米的超薄鈣鈦礦吸收層，同時(shí)保留了可用的太陽(yáng)能電池性能。在不透明器件中，厚度為 10、30 和 60 納米的鈣鈦礦層分別實(shí)現(xiàn)了約 7%、11% 和 12% 的光電轉(zhuǎn)換效率。而一款 60 納米厚半透明鈣鈦礦層的電池允許約 41% 的可見光透過(guò)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了 7.6% 的光電轉(zhuǎn)換效率。研究人員稱，這是采用類似材料制備的半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中性能最高的數(shù)據(jù)之一。論文第一作者、曾為 NTU 能源研究所博士后的 Luke White 博士表示，通過(guò)精確控制熱蒸發(fā)，他們能夠調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池的透明度，這為可持續(xù)建筑（例如可發(fā)電的有色窗戶）開辟了新可能。

英國(guó)劍橋大學(xué)化學(xué)工程與生物技術(shù)系能源材料與光電子學(xué)教授 Sam Stranks 評(píng)論稱，該方法對(duì)薄膜厚度和均勻性提供了高水平的控制，這對(duì)于半透明太陽(yáng)能電池邁向大面積應(yīng)用是必需的。他補(bǔ)充說(shuō)，半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是一條令人興奮的路線，可以從傳統(tǒng)硅面板難以使用的表面（如窗戶、外墻和輕型電子產(chǎn)品）收集能量，該研究結(jié)果展示了極薄器件在透明度和發(fā)電之間的有希望的平衡，而下一步的關(guān)鍵測(cè)試將是長(zhǎng)期穩(wěn)定性、耐久性以及更大面積上的性能。

據(jù)官方介紹，Bruno 副教授是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的先驅(qū)，她早期關(guān)于熱蒸發(fā)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工作已被規(guī)模化。其創(chuàng)新成果得到了 NTU 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃的支持。通過(guò)大學(xué)創(chuàng)新與企業(yè)公司 NTUitive，已為超薄鈣鈦礦薄膜新結(jié)構(gòu)的技術(shù)提交了專利申請(qǐng)。研究人員目前正在與多家公司洽談，以驗(yàn)證和標(biāo)準(zhǔn)化本研究使用的熱蒸發(fā)工藝，并將在商業(yè)部署前繼續(xù)提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、耐久性和大面積性能。

馬女士 Ms. Ceres

TEL：（+86）137-7604-9049

Email：CeresMa@cinno.com.cn

CINNO 公眾號(hào)矩陣