- HZB 研究團隊透過氯化銫薄膜提升鈣鈦礦矽串疊電池效率至 30.3%。
- 無溶劑共蒸鍍法解決了鈣鈦礦電池的穩定性問題，促進量產可行性。
- 新技術能在紋理矽上形成均勻鈣鈦礦薄膜，減少化學反應缺陷。
- 鈣鈦礦—矽串聯電池適合都市屋頂及高耗能工業設施的清潔能源需求。
德國赫爾姆霍茲柏林研究中心（HZB）公佈了一項提升高效「串聯」太陽能電池性能與商用可行性的簡便方法。該技術透過在子電池之間加入一層超薄的氯化銫種子層，改善了單片式鈣鈦礦—矽串聯太陽能電池的表現。最終，研究團隊運用無溶劑共蒸鍍法，成功達到 30.3% 的光電轉換效率。HZB 團隊指出，這項改良有效解決了長期困擾業界的量產難題，為下一代太陽能板的工業化生產鋪路。
標準的矽晶層表面設有奈米結構，用以優化光線吸收。然而，這種粗糙的表面令有機自組裝單分子層（SAM）難以均勻成形，而 SAM 主要用作電洞傳輸層。HZB 的科學家利用 BESSY II 同步輻射設施的先進紅外線與 X 光儀器，仔細觀察界面情況。結果發現，有機 SAM 分子堆積在紋理矽的凹谷之中，山峯位置幾乎完全裸露。當研究人員嘗試以蒸鍍方式沉積上方的鈣鈦礦層時，不平整的表面引發了化學反應缺陷：在間隙位置產生了有害的碘化鉛，嚴重削弱電池的發電效能。
氯化銫種子層的作用
氯化銫種子層的引入改變了微觀地貌。此層作為化學基礎，能夠平整 SAM 層的底層瑕疵，並促使鈣鈦礦晶體在紋理矽表面順暢生長。首席作者 Dr. Viktor Škorjanc 表示，這層種子層補償了表面的不平整，有助於在紋理矽上形成均勻的共蒸鍍鈣鈦礦薄膜，同時避免因電洞傳輸層覆蓋不均而產生的缺陷。得益於此，製成的串聯太陽能電池達到 30.3% 的轉換效率。根據新聞稿，這對以蒸鍍法製備的鈣鈦礦電池而言，是「極為出色的數值」。
無溶劑製程的優勢
這項技術採用無溶劑的真空共蒸鍍法，是業界普遍使用的製程。從流程中移除化學溶劑，針對的是鈣鈦礦太陽能電池商品化的主要障礙：長期材料降解與穩定性問題。無溶劑製程能夠保護底層結構免受降解，製造出更為耐用的串聯電池，並為高效率太陽能板的量產提供可行基礎。實驗室中屢創紀錄的鈣鈦礦電池，大多依賴旋轉塗佈或濕式化學溶液處理，這些方法難以擴展至大面積紋理工業級矽晶圓。相比之下，真空共蒸鍍已是製造 OLED 螢幕與微電子產品的標準製程，工廠採用門檻因而大幅降低。
未來應用前景
HZB 蒸鍍鈣鈦礦太陽能電池團隊負責人 Dr. Marcel Roß 表示：「這標誌著將實驗室紀錄效率轉化為可靠、可工業化量產的串聯太陽能技術，真正向前邁進了一步。」HZB 團隊的研究成果，有望為工業太陽能製造業提供開發價格相宜的下一代太陽能板的關鍵技術。鈣鈦礦—矽串聯太陽能電池每平方呎的發電量遠高於傳統矽電池，特別適合空間有限的都市屋頂，以及希望盡量增加清潔能源產量的高耗能工業設施。
此外，鈣鈦礦材質輕巧，且可被設計成半透明，適用於建築整合光伏（BIPV），使發電技術能夠直接融入建築構件，例如摩天大樓外牆、玻璃窗戶及天窗。相關研究結果已於學術期刊 Joule 上發表。
項目 規格 太陽能電池類型 單片式鈣鈦礦—矽串聯太陽能電池 光電轉換效率 30.3% 製備方法 無溶劑真空共蒸鍍法 種子層材料 氯化銫（CsCl） 電洞傳輸層 有機自組裝單分子層（SAM） 分析設備 BESSY II 同步輻射設施（紅外線及 X 光儀器）
鈣鈦礦電池技術的突破與應用潛力
HZB 團隊的研究顯示，氯化銫薄膜的引入不僅提升了鈣鈦礦矽串疊太陽能電池的效率，還解決了長期困擾業界的穩定性問題。這項技術的無溶劑共蒸鍍法，為鈣鈦礦電池的商業化鋪平道路，尤其適合於空間有限的都市環境及高耗能工業設施。隨著技術的成熟，未來有望在建築整合光伏等領域廣泛應用，進一步推動清潔能源的發展。