分子介面工程助攻 鈣鈦礦電池效率更上層樓
鈣鈦礦太陽能電池擁有極佳的光電轉換效率，但其材料的穩定性卻仍有很大的改善空間。imec團隊近期發表了最新的研究成果，在分子介面工程技術的幫助下，鈣鈦礦太陽能電池的穩定性有了明顯的改善。
金屬鹵化物鈣鈦礦具備傑出的光電特性，成為備受矚目的新一代太陽能(PV)電池材料。這點的最佳體現就是功率轉換效率(PCE)的大躍進，鈣鈦礦太陽能電池(PSC)的這項性能指標在短短幾年內就從不到4%躍升到20%以上。但是這類技術的商用發展，還需要適用於業界的製程技術才能實現，這些技術能克服電池現有的穩定性問題等等。
不少研究顯示，鈣鈦礦太陽能電池在功率轉換效率(PCE)方面的損失及不穩定現象，大多發生在鈣鈦礦吸收層和電荷傳輸層。這些傳輸層對於促進電荷載子進行高效提取和傳輸來說至關重要。改良這些介面就能把損耗降到最小並提高吸光效能，進而提升元件效率及運作穩定性。
介面工程突破讓模組更高效
比利時研究團隊鎖定介面層來導入分子工程技術，為改善反式(p-i-n)結構鈣鈦礦太陽能電池的性能開發了一種技術。雙層介面工程成功提升了電池效率，使得相對功率轉換效率增加9%，還能提升穩定度。此外，當電池設計為微型模組時，其性能表現依舊亮眼。
比利時微電子研究中心(imec)與哈瑟爾特大學(UHasselt)在比利時歐洲綠能研究組織EnergyVille合作進行的一項研究就聚焦在改良鈣鈦礦雙介面的方法，包含位於鈣鈦礦和富勒希(C60)電子傳輸層之間的「上層」介面，以及介於鈣鈦礦和氧化鎳(NiOx)電洞傳輸層之間的「下層」介面。
為了提升效率，這兩個介面都加入了銨鹽，就是2-噻吩乙基氯化銨(TEACI)。所有研究結果皆與未加銨鹽的鈣鈦礦太陽能電池進行比較。添加銨鹽預計能在上述的介面形成一個二維的鈣鈦礦層，藉此提升性能(圖1)。
圖1 此次研究的元件架構示意圖。箭頭所指為經過TEACI改質的元件層。
與其它兩組對照元件相比，上層介面及雙層介面經過摻雜的鈣鈦礦太陽能電池可以抑制非輻射複合現象、改良介面接觸並優化能帶結構。具體而言，雙層介面皆經摻雜的鈣鈦礦太陽能電池成功取得高達24.3%的功率轉換效率(PCE)，居所有之冠，其短路電流密度(JSC)為24.5mA/cm2，開路電壓(VOC)為1.17V，填充因子(FF)為84.6%。
穩定度大有改善 商品化障礙突破在望
除了效率變高，採用新介面的元件，穩度性的表現也十分亮眼。在經過1,000小時1個太陽光強度的連續光照後，這些測試元件還是能維持97%的性能，是目前測得的最佳結果之一。而且元件壽命達到1,850小時之後，經過雙層介面工程的電池仍具備了88%的原始性能。反觀未經介面工程處理的電池，效能僅剩下55%。綜上所述，這些研究成果顯示，採用介面工程的鈣鈦礦太陽能電池具備出色的操作穩定性及熱穩定性。
繼元件等級的優化之後，研究人員也在研究如何進一步開發微型模組，達到3.63...
2023 年 10 月 11 日
