立陶宛研究人員改良鈣鈦礦串聯太陽能電池效率超過 29%

立陶宛的研究人員通過修改超薄的分子層，提高了串聯鈣鈦礦太陽能電池的效率，達到超過 29％。這些科學家來自考那斯科技大學（Kaunas University of Technology，簡稱 KTU），並與國際合作夥伴共同創建了不同太陽能電池層之間更穩定的界面，從而減少了腐蝕現象，使電池能夠保持更高的效率和性能。KTU 的博士研究生 Kasparas Rakštys 指出，這些層必須完美連接，才能使設備高效運作。

他表示：「簡單來説，太陽能電池可以想像成一個多層的三明治，每一層由不同的材料組成，並執行特定功能。」 這項解決方案涉及改變負責與金屬氧化物層結合的分子團。研究人員將其傳統的酸性形式轉變為離子鹽。通過這種新方法，鈣鈦礦串聯太陽能電池的功率轉換效率達到了超過 29％。鈣鈦礦太陽能電池是薄膜光伏（PV）設備，使用鈣鈦礦材料作為活性層，因其重量輕、靈活以及相對便宜的製造成本而被視為前景廣闊的能源技術。

然而，當暴露於潮濕、氧氣和熱量時，其性能可能會下降。

一個太陽能電池由幾個必須協同工作的層組成，以收集和傳輸電荷。這些層之間的界面問題會顯著影響電池的性能。直到最近，科學家們依賴於充電傳輸自組裝單層（SAMs）。這些薄層分子如同分子膠水，能夠將正電荷載體（稱為孔）運送至電極。然而，Rakštys 指出，隨著時間的推移，一個特定的問題出現了。他強調：「由於這些分子的酸性特性，它們會逐漸腐蝕相鄰層，導致界面產生缺陷，妨礙電荷的傳輸，因此太陽能電池的效率降低，運行壽命縮短。」

新方法的技術優勢

因此，研究人員決定修改連接到金屬氧化物接觸層的 SAM 分子的部分。據報導，他們將這些分子化學轉化為中性離子鹽。Rakštys 表示：「在這項研究中，我們通過將酸性分子轉化為化學中性鹽來中和它們，創造了一個非侵蝕性的界面，從而使太陽能電池能夠更穩定和高效地運作。」他補充道，這種方法提供了幾個技術優勢。生成的鹽分子與金屬氧化物表面的結合同樣強，而其水溶性意味著這一層可以在不依賴於有毒溶劑的情況下沉積。

儘管這一層僅幾個納米厚，但其對電荷在設備中的傳輸效率有著巨大的影響。 為了測試這一解決方案能否實際應用，研究人員與中國的合作夥伴共同工作。他們展示了這一方法在大面積模塊上的有效性，並產生了一層均勻、高質素的塗層，適合進一步的實際測試。此外，該方法還在使用不同光吸收層來捕獲更廣泛太陽光譜的鈣鈦礦串聯太陽能電池中進行了測試。Rakštys 最後總結道：「使用我們的新方法，我們在鈣鈦礦串聯太陽能電池中達到了超過 29％ 的功率轉換效率，這是迄今報導的最高值之一。」

未來的應用潛力

他和他的團隊現在相信，這項技術最終可能導致更具多功能性的太陽能設備，例如添加至建築外立面、窗户和紡織品的電池。他們已經申請了專利，並向商業化邁進。該研究已發表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊上。