常見的太陽能電池材料大多以矽晶為主,其具有效率高、耐久性強及最符合低成本經濟效益等優勢,然而,矽晶太陽能電池的轉換效率目前已達到瓶頸,若要突破太陽能的發電效率,除了開發新穎材料外,另一種方式即結合矽晶材料與其他電池技術。
鈣鈦礦是太陽能電池技術中另一種具有潛力的材料,短短十年間,其光電轉換效率即從 4% 提高至 24% 以上。將鈣鈦礦與矽晶結合製作成串聯堆疊型的太陽能電池,因鈣鈦礦材料能吸收較高能量的短波段,而矽晶材料則吸收較低能量的長波段,可使其光電轉換效率及耐久性均優於單一矽晶太陽能電池或鈣鈦礦太陽能電池。
最近德國亥姆霍茲柏林能源與材料研究中心(Helmholtz-Zentrum Berlin, HZB)所研發的新型鈣鈦礦/矽晶串聯太陽能電池,其光電轉換效率高達32.5%。HZB的鈣鈦礦/矽晶串聯太陽能電池主要由頂部的多層鈣鈦礦材料及底層為矽晶材料所組成,並透過界面修飾,降低電荷再結合損耗,提高光電轉換效率。
HZB的鈣鈦礦/矽晶串聯太陽能電池目前已獲得歐盟太陽能測試安裝實驗室、美國國家再生能源實驗室認證,已成功擠下去年瑞士洛桑理工學院發表效率 31.25% 的紀錄,HZB 科學主任 Bernd Rech 表示,HZB 的鈣鈦礦/矽晶串聯太陽能電池效率為 32.5%,是 III/V族半導體太陽能電池才能達到的紀錄。
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鈣鈦礦/矽晶串聯太陽能電池
圖片來源:Johannes Beckedahl/Lea Zimmerman/HZB