能像油漆一樣噴塗的光電(PV)材料在過去就被開發過,不過美國維吉尼亞大學(University of Virginia)以及康乃爾大學(Cornell University)的研究人員表示,他們正在試驗的噴塗式PV材料可望在幾年內商業化。

維吉尼亞大學教授Joshua Choi與康乃爾大學高能量同步加速器光源(High Energy Synchrotron Source)科學家合作,已經研發自組裝金屬鹵化物鈣鈦礦(self-assembling metal halide perovskite)薄膜太陽能電池多年,在2009年首次有所成果;不過據Choi表示,該團隊僅僅花了一年時間就開發出能媲美矽的PV材料配方,並可望在短時間內商業化。

金屬鹵化物鈣鈦礦已經被運用於雷射、光探測器、收發器以及LED等元件,不過Choi認為,該材料對電子領域的最大貢獻會是在薄膜太陽能電池;他在接受EE Times訪問時表示:「我們並不是唯一研究金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜太陽能電池的團隊,其他研究人員例如英國牛津大學(Oxford)的Henry Snaith、美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)的Yang Yang也是專門研究這類技術;不過我們的時間表是在五年內開發出可商用的大面積太陽能電池。」

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研究人員表示,金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜太陽能電池耐用、性能佳,可運用於太空系統
(來源:University of Virginia)

Choi 表示,除了效率媲美矽,金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜太陽能電池的最大優點是廉價,可望大幅降低太陽能光電板的成本。矽PV材料的主要障礙在於高昂的製造成本,需要繁複的電氣與工業製程步驟;在另一方面,金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜能以噴塗到表面的方式保持電極,並在乾燥後能自動自組裝成高品質薄膜,如同美國國家可再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory,NREL)所證實的。

而Choi指出,在NREL稱之為有機-無機(organic-inorganic)混合配方的金屬鹵化物鈣鈦礦系列薄膜,在效率方面的增加速度比其他任何一種新配方都快,這促使他與康乃爾大學合作,運用後者的高強度X光觀察結晶程序,以精確了解溶液狀的金屬鹵化物鈣鈦礦材料如何在低溫下自組裝為固態的單晶薄膜。

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目前的原型材料只能製作成郵票大小的薄膜太陽能電池(左),但最終該奈米等級材料配方(右與下方),能噴塗到幾乎任何表面上
(來源:University of Virginia)

後來Choi的團隊即時在原子等級觀察到金屬鹵化物鈣鈦礦結晶化的高速成長,並透過在溶液中添加不同化學品,證實能控制結晶的方向與速度。而Choi表示,要讓該技術在五年內商用化的最大障礙,就是免除在目前的配方中對鉛的使用;研究人員正在尋求替代的金屬、或是另一種長晶方法,以避免再使用鉛這種有毒材料。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Spray-On Solar Material Holds Promise,by R. Colin Johnson)