若是提到新一代神奇材料,或许大家一开始都会想到石墨烯,但除此之外,也有不少材料正在暗中发光发热。最近澳洲科学家便通过结构与石墨烯类似的磷烯(phosphorene),成功将钙钛矿太阳能转换效率提升2%到3%。
石墨烯有诸多优良的性能,像是无比坚硬、导电速度快等都是备受科学家关注的原因,但它并不是个天然的半导体,通常半导体材料可利用能隙来控制电流,但石墨烯却没有能隙,虽然电流传导速度较快,但难以控制电流。
而磷烯是实实在在的半导体材料,能通过能隙来控制电流开关,导电性则跟石墨烯一样,比现在使用的硅材料要快上数十甚至数百倍,因此澳洲福林德斯大学与昆士兰大学等团队便看好磷烯特性,认为它可以帮助钙钛矿太阳能一臂之力。
其中磷烯是由层状黑磷块材剥离而成,随着减少层数,发光的范围可从中红外到可见光,因此如何从黑磷单层磷烯是团队首要挑战,福林德斯大学科学与工程学院博士 Christopher Gibson 表示,团队已经找出全新方法来剥离磷烯,这将有助于生产更高效与便宜的太阳能电池。
在该实验中,团队通过南澳大学研制的涡流装置(Vortex Fluidic Device,VFD)的快速剪应力(shear stress),成功剥离出 4.3 纳米厚的磷烯纳米层片。Gibson 指出,在钙钛矿太阳能电池添入磷烯后,转换效率也提高 2% 到 3%。
根据团队在《Small Methods》的论文,新型剪应力剥离方法在较短的时间内,就能产生出结晶质高、原子级厚度较薄的磷烯纳米片。之后团队把磷烯纳米片当作电子传输层材料(ETM)后,转换效率也成功从 14.32% 提升到 16.53%,最高则达到 17.85%,效率已经可与高温制作法匹敌。
若能进一步提高钙钛矿太阳能的转换效率,将能加速其商业化进展,指导教授 Joseph Shapter 表示,硅晶太阳能是目前最常见的太阳光电技术,但我们需要耗费许多电力与能源来制造电池,相较之下钙钛矿电池永续性较高。
也因为钙钛矿太阳能具有材料成本低、建造成本低等优点,大规模商业化后,最终也能降低太阳能整体成本,进而提高再生能源的普及率。(Source:科技新报)(来源:TrendForce集邦)