發布日期 2019 年 02 月 15 日 16:45

鈣鈦礦太陽能電池具有可撓、製程簡單等優點，應用潛力相當龐大，但該技術若要迎頭趕上目前市占率最高的矽晶太陽能，還有一大段距離要走，為此美國科學家已著手研究鈣鈦礦材料與結構，盼能了解鈣鈦礦運作機制，讓轉換效率迎來新提升動能。

當今太陽能電池市場以矽晶技術為主流，成本較低、也已達大規模商業化，但矽晶技術並非完美無缺，必須要在 1,400°C 高溫下進行處理，並使用昂貴的製造設備，相較之下鈣鈦礦轉換效率高，設備成本與條件也低，只要在 100°C 溶液中加工即可，且該技術也能沈積在可撓式基板上，有望讓將來的太陽能板不再又硬又脆。

鈣鈦礦太陽能電池不含鈣與鈦，是個由有機與無機元素一同組成的結構，基本上可以把鈣鈦礦晶體結構當成三元組（triad），其中一部分是由元素鉛組成，二、三部分則是甲基銨等有機成分與溴和碘鹵化物組成，而每部分可由不同元素或化合物製成，顯然有多種配方供科學家選擇。

目前鈣鈦礦轉換效率已達 23%，只不過科學家一直以來都不太了解高效率的背後原由，這讓科學家難以再獲突破。喬治亞理工學院材料科學與工程助理教授 Juan-Pablo Correa-Baena 表示，團隊從早期的研究得知，在溴-碘鈣鈦礦中添加銫和銣可提高穩定性和轉換效率，但過去都不太清楚為什麼添加鹼性金屬能提升電池性能。

因此為了破解科學謎團，美國喬治亞理工學院、麻省理工、加州大學聖地牙哥分校等學校與研究機構攜手合作，一同運用高強度 X 射線來檢測奈米級鈣鈦礦，希望可透過 X 射線來觀察鈣鈦礦的元素與結構變化，從中找出再次突破的關鍵。

實驗結果指出，在鈣鈦礦化合物添加鹼性金屬可讓溴與碘其他元素均勻混合，提高電導率、進而提升轉換效率，但也不能添加太多鹼性金屬，濃度過多會讓優勢轉換成劣勢，反而干擾材料電導性。

透過實驗，團隊也發現銫和銣周圍的無感帶（dead zone）對太陽能電池沒有太大影響，通常這些無感帶都會像黑洞一樣吸收其他區域的電子，讓電流與電壓消失殆盡，但在鈣鈦礦中損失不大。加州大學聖地牙哥分校奈米工程教授 David Fenning 對此表示，這表示材料的性能相當強大。

鈣鈦礦的理論轉換效率為 31%，目前還有龐大的進步空間，科學家將可根據研究結果，改變過去的配方或是嘗試增加鹼性金屬，進一步提高鈣鈦礦太陽能電池的效率。研究已發表在《Science》。

http://www.rh.gatech.edu/news/61 ... lexible-solar-cells

鈣鈦礦太陽能電池是目前物理、化學及材料科學最熱門的研究題目，這裡的鈣鈦礦質的是有ABO3結構的化合物，巨磁阻及多鐵電材料也都是鈣鈦礦結構。

鈣 = Ca, 鈦 = Ti, 鈣鈦礦有 ABO3 結構是指 ?

hamidh 發表於 2019-2-15 20:46
鈣 = Ca, 鈦 = Ti, 鈣鈦礦有 ABO3 結構是指 ?

最早發現的鈣鈦礦結構化學式為CaTiO3，Ca是IIA族為正二價，Ti是過渡性金屬為正四價，氧則是負二價。

瞭解了 謝謝