二十一世紀以來,全球經濟增長所引發的能源消耗達到了空前的程度,再加上?境污染日益?重,世界各國的科研人員都致力于開發新的?色能源和可再生資源,以保證能源正常供應又能?低??境的破?。如今,硅基太陽能電池?已發展了50年,應用也日趨廣泛,但生產卻因為原材料昂貴而走到了瓶頸期。所幸期間也涌現出不少新技術,包括有機-無機復合的鈣鈦礦太陽能電池(organic–inorganic hybrid perovskite solar cells)與全無機鈣鈦礦太陽能電池(all-inorganic perovskite solar cells)。?中,雖然有機-無機復合鈣鈦礦電池在光電轉換效率上更勝一籌,但當溫度達攝氏85度時,它的有機部分就會分解。相反,全無機鈣鈦礦?然光電轉換效率?差,?在高溫下有?佳的熱穩定性(thermal stability),甚至可適用于沙漠這樣較為極端的環境。

因此,香港城市大學的研究團隊近年來一直在積極探研提高全無機鈣鈦礦光電轉換效率的方法。全無機鈣鈦礦電池光電轉換效率不高的主因,是制備鈣鈦礦時涉及快速結晶的過程,表面或晶界有時會出現一些缺陷,而這些缺陷會令電荷無法自由流動,窒礙電流形成,造成開路電壓(open-circuit voltage)嚴重流失。于是他們在制備鈣鈦礦的過程中,添加了特制的小分子6T1C-4F,以?少表面或晶界的缺陷。研究結果發現,開路電壓從1.10V顯著提高到1.16V,且填充因子(Fill Factor, 即電子有否被有效收集)及短路電流(Short circuit current)在添加6T1C-4F作鈍化后都有所改善。研究結果還顯示,在連續照射350小時后,電池的能量轉化效率只下降了約15%。這說明添加6T1C-4F以鈍化鈣鈦礦的表面,不僅能保護鈣鈦礦的表面免受濕氣、氧氣和光線的侵蝕,而且結晶的顆粒增大了,能有效減少晶界缺陷及電流流失,使得全無機鈣鈦礦電池的光電轉換效率和穩定性均能有所提高。

據悉,香港城大上述新研發的全無機鈣鈦礦電池的光電轉換效率為16.1%,而獲中國計量科學研究院認證的效率亦高達15.6%。

?次研究由香港城大學務副校長兼化學及材料科學講座教授任廣禹教授??,他在在鈣鈦礦研究領域領先,其相關論文廣被引用。他指出,?次研究成果的突破在於找出了??方法,便可?成光???效率??定性兼具的全無機鈣鈦礦電池。他相信, 全無機鈣鈦礦電池的光電轉換效率還有進一步提升的潛力。

他又指出,他?這款全無機鈣鈦礦電池的結構設計是“倒裝式”,適合制成疊層式太陽能電池(tandem solar cells)。疊層式太陽能電池的的特色是,能同時吸收不同光譜的太陽光,因此科研界?料,其光電能量轉換率未來可超過30%。

任教授還表示,科研人員對鈣鈦礦電池展開研究雖然只有約十年時間,但鈣鈦礦太陽能電池的能量轉換效率已由最初的3.8%急增至超過25%,直逼我們現時常用的硅基太陽能電池。加上鈣鈦礦以溶液制成,不僅制作簡單易大量生產,制造所需的能源更只是硅基太陽能電池所需的十分之一,應用潛力極大。倘若商業化,必定對解決現時的能源危機大有裨益。