更環保的太陽能電池材料—錫鈣鈦礦

【本刊訊】近幾個月,以鈣鈦礦來做為太陽能電池的材料,已成為持續討論的議題。目前較
廣為人知的是含鉛的鈣鈦礦,但因鉛具毒性而在發展上有其顧慮。但現在有兩個研究團隊分
別表示,不含鉛的錫鈣鈦礦可做為新一代太陽能電池的材料,不僅環保、成本也較低。

傳統的矽晶太陽能電池板,因為使用矽土為原料,材料成本昂貴,且製造過程會汙染環境,
尋找新的太陽能板材料成為學界與產業界的共識。

鈣鈦礦為一種陶瓷氧化物,人類雖然已經知道這種化合物超過一個世紀,但直到2009年才發
現它具有將太陽能轉換成電能的特性。今年2月洛杉磯大學加州分校(UCLA)材料工程學系
楊陽教授,發明了新的方法,將鉛鈣鈦礦太陽能電池的能源轉換效率大幅提高至19.3%。不
過因其中含有有毒的鉛,加上鈣鈦礦易溶於水中,會造成人類健康和環境污染等問題。

最近英國牛津大學Henry Snaith教授的團隊,以及美國西北大學的Robert Chang教授的團隊
,雙雙發現以「錫」代替「鉛」可能是解決方法。目前錫鈣鈦礦的太陽能電池能源轉換
效率僅約6%,但錫和鉛屬於同族的元素,科學家預期其應有機會達到同樣的轉換效率。
錫鈣鈦礦材料的優點是它吸收可見光譜中大部分的光線,並且不用經過加熱的過程即可
溶解。

錫鈣鈦礦太陽能電池共由五層材料所構成,前兩層為太陽能電池的導電觸點,由導電玻璃和
二氧化鈦所構成,主要是讓太陽光能進入電池中。接下來由第三層的錫鈣鈦礦層來將太陽光
抓住,並將它送到下一層由吡啶組成的空穴傳輸層來形成閉合電流,最後由鉑金層作為電池
的接觸電極。

其中研究人員在製作錫鈣鈦礦時,必須在一個充滿氮氣的手套式操作箱內操作,避免錫鈣鈦
礦氧化。

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