做為最受歡迎的可再生能源產(chǎn)業(yè)，太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域競爭激烈，身為后起之秀，鈣鈦礦太陽能電池正虎視眈眈盯著硅晶電池的太陽能市占率第一寶座。

美國紐約大學(xué)、耶魯大學(xué)、約翰霍普金斯大學(xué)與中國北京大學(xué)、電子科技大學(xué)攜手合作，近日宣布已突破當前鈣鈦礦電池商業(yè)化難題，將光電轉(zhuǎn)換效率從13%提升到17%。

近年來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦在太陽能光伏發(fā)電方面的應(yīng)用潛力，使其光電轉(zhuǎn)換效率在9年間提升6倍，從2009年的3.8%進步到如今的22.7%，更有不少研究團隊透過串疊設(shè)計將硅與鈣鈦礦結(jié)合，將光電轉(zhuǎn)換效率突破至25%。

但世上也沒那么雙全的事情，鈣鈦礦并非全能的技術(shù)，該種太陽能電池含有毒元素鉛、并存在遇熱衰減問題，科學(xué)家也難以在鈣鈦礦晶體上均勻覆涂電子傳輸層(electrontransportlayer，ETL)。雖然現(xiàn)在科學(xué)家已研發(fā)出無鉛或是無機鈣鈦礦解決部分問題，實驗室電池的轉(zhuǎn)換效率也逐年提高，更已達到小規(guī)模商業(yè)化，但如何使用低成本方式均勻覆涂ETL層，一直是科學(xué)家絞盡腦汁想突破的障礙。

太陽能光伏發(fā)電結(jié)構(gòu)很像三明治、通常都是層層疊疊堆起，而鈣鈦礦電池由上至下為玻璃、導(dǎo)電玻璃FTO、帶負電的ETL、光敏層、正電的空穴傳輸層(HTM)和金屬電極，ETL與HTM位置則會依據(jù)不同鈣鈦礦設(shè)計互換，而所謂的PIN結(jié)構(gòu)即是HTM→光敏層(i)→ETL。

紐約大學(xué)坦登工程學(xué)院化學(xué)與生物分子系助理教授AndreD.Taylor表示，這類電池當前挑戰(zhàn)在于，要怎么組裝才不會破壞電池其他結(jié)構(gòu)?因此目前PIN的ETL設(shè)計研究非常少。

其中最為常見技術(shù)為旋涂法(spin-coating)，利用向心力將ETL溶液分布在鈣鈦礦基底上，但是這種技術(shù)僅限于小范圍涂布，也不適合當今的卷對卷(roll-to-roll)大型鈣鈦礦制程，采用此方式也會讓ETL分布不均勻，進而降低太陽能電池性能。

因此團隊透過噴涂ETL方式，大大減少鈣鈦礦成本，并可利用該方式達成大范圍覆涂，讓科學(xué)家打造大型太陽能板之余，還可確保電池性能。為進一步提升電池性能，研究也利用化合物苯—丁酸甲基酯(PCBM)來改進導(dǎo)電性、提高光捕獲性能。

與其他方式相比，鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換效率已從13%提高到17%、提升幅度高達30%，研究更顯示可大大減少電池缺陷。

Taylor指出，團隊的噴涂方法簡潔、再現(xiàn)性佳(reproducible)又可擴大規(guī)模。采用該噴涂方式或許可大大改善鈣鈦礦太陽能電池效率，并有望為pin型鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)鋪路。該研究目前已發(fā)表在《Nanoscale》。