近年來鈣鈦礦(perovskite)太陽電池因其創紀錄的高效能、低廉的製造成本而備受矚目。最近，美國科學家研發出製造毫米級鈣鈦礦晶體的溶液製程技術，製造出之成品較先前的奈米級、次微米級晶體材料大上幾個數量級。粒徑越大代表缺陷較少，而鈣鈦礦的特性可媲美其他無機太陽電池材料，成本卻低廉許多。 洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)國家實驗室的研究員Aditya Mohite表示，在短短兩年之中，鈣鈦礦太陽電池效能已經達到20%，相形之下，其他奈米材料花了二十年才達到9%的效能。Mohite也認為，其團隊所研發出提升鈣鈦礦晶體品質的方法，也可望應用來提升晶體品質，以獲得更佳的光電特性。奈米材料科技雖然能得到好的光學品質，但因具有多重介面會造成電子-電洞的復合。若能製造品質更佳的晶體，將能改善此狀況。 此項技術乃由洛斯阿拉莫斯國家實驗室、普度(Purdue)大學及羅格斯(Rutgers)大學所共同研發。研究團隊起初以一般低溫旋轉塗佈法製作鈣鈦礦系PbCH3NH3I3–xClx薄膜，再將薄膜置於熱盤上退火，以提升結晶品質。但因此實驗中使用的材質不佳，研究人員轉而在薄膜乾燥前先進行退火，一邊反應一邊長晶，結果得到具備卓越光電子特性的毫米級粒徑晶體。 缺陷與晶界產生的陷獲態(trap state)會限制電荷載子的活動，因此晶體品質可由逆轉電壓掃描時是否產生遲滯現象(hysteresis)得知；而上述方法的到的鈣鈦礦晶體並無遲滯現象。此外，該團隊也測量了開路電壓與光強度之間的關係，顯示雙分子復合過程主導材料的光電行為。 研究團隊很熱衷持續提升太陽電池效能，不過提升穩定性是現階段的重要工作。封裝可以解決受潮及氧化的問題，但光降解(photo-degradation)仍是一大挑戰。即使將元件置於高真空環境中，仍可觀察到光導致的降解作用。研究人員正嘗試了解其背後機制，希望藉由調整工作條件、改變化學作用來排除光降解作用，降低充電效應。詳見近期出刊的Science 347,
pp.522～525 (2015)。 |