光电协进会(PIDA)日前指出,现今九成以上的太阳电池都是由矽元素组成,但是以矽为主的太阳电池的转换效率一直无法再提升,而且矽晶太阳电池通常体积大且笨重,难以商业模式运转发电。而新兴的钙??矿太阳能电池(Perovskite Solar Cell,PSC)不但重量轻,并可应用於大面积发电。近年来全球各研究机构努力研发,已大幅提高转换效率,接近可商业运转的程度。
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PIDA表示,钙??矿受到瞩目的最大理由是很高的转换效率,因为它具有1.55~1.6 eV的能隙,可吸收较多的800nm可见光,因此光吸收系数高,而且可以变薄。
PSC最初是於2006~2009年桐荫横浜大学的宫?力教授开始做研发,其最初的转换效率很低到只有3.8%。最近几年透过结合电洞传输的全固态型材料,持续提升转换效率。根据美国再生能源研究机构(NREL)的调查,钙??矿的转换效率在2013年後,快速向上提升。2017年夏天KRICT/UNIST(韩国国立蔚山科学技术研究院)的研究团队研发出达到22.1%的全球最高转换效率,在同年(2017)秋天KRICT又达到了22.7%。
另一方面,2018年中国大陆的学界也有成果公布,ISCAS(中国科学院)做到最高转换效率23.3%,并在2019年1月又达到了23.7%,更新了世界记录。
据NREL的表示,在2019年4月发表,KRICT(韩国化学研究院)与麻省理工学院(MIT)研究团队已达到24.2%全球记录,韩国业界再次获得PSC的世界最高效率。在2019年8月韩国化学研究院与MIT研究团队再度发表研究成果,让PSC达到25.2%的转换效率,再度刷新了钙??矿的世界记录。
历来PSC转换效率。
除了提高转化效率之外,PIDA也指出,研究方向更着眼在开发长寿命和大面积的商业化产品。透过材料的组成与沉积制程的独创性,许多研究机构所发表的报告指出,可达到数千到一万小时的稳定发电。
至於朝大面积方向,欧洲薄膜太阳光电研究开发联盟Solance(荷兰)开发了可以按比例放大的新型镀膜制程,使用144平方公分(开囗面积)模组,转换效率达到13.8%。东芝玻璃基板模组(780.84cm2)的效率为13.2%;薄膜基板模组(703cm2)的效率为11.9%。
PIDA表示,虽然目前太阳能电池应用市场仍以矽晶太阳能电池为主,但可挠式的PSC太阳能电池具有成本低、可挠、便於携带等优点,仍有市场区隔方面的发展机会;不过相对於矽晶太阳能电池来说,PSC的稳定性及寿命还有待考验。
从光电转换效率的角度来看,使用钙??矿太阳电池同时具有制程简易成本低的优点,且效率亦可与矽晶太阳能池比拟,因此目前仍是全球研究机构的发展目标,值得台湾太阳光电业界注目。