堆叠型钙钛矿太阳能电池简介.docVIP

105年度能專知識物件 國別 (1.國內 (2. 國外 能源領域 (能源總體政策 (能源安全 (能源供需 (能源環境 (能源價格 (能源經濟 (能源科技 (能源產業 (能源措施 (能源推廣 (能源統計 (國際合作 能源業務分類 (能源規劃評估 (能源政策 (石油及瓦斯 (電力及煤碳 (原子能(核能) (新及再生能源 (節約能源 (能源科技 (其他 決策知識類別 (1.建言 (策略、政策、措施、法規) (2.評析(先進技術或方法、策略、政策、措施、法規) (3.標竿及統計數據：技術或方法、產業、市場等趨勢分析 (4.其他： 計畫名稱 105年高性能太陽光電系統技術研發計畫 主題名稱 新型電池－堆疊型鈣鈦礦太陽能電池簡介 資料時間 2016 年 11 月 上傳時間 2016 年 12 月 7 日 重點摘述 由於鈣鈦礦電池具有多功能性、製作成本低且可穿透性等優點，近來常被選用做為堆疊型太陽電池（Tandem Cells）結構的其中一電池單元。 2016年7月瑞士洛桑聯邦理工學院(école polytechnique fédérale de Lausanne，EPFL)揭露四端點型鈣鈦礦/矽晶異質結構堆疊太陽電池(4Terminal and Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Cells)結構。相較使用III?V族材料做為矽晶堆疊太陽電池(InGaP/Si)雖然其效率可達到29.8%，但III-V材料仍然依賴於昂貴的沉積方法。EPFL選擇製造成本低與高效能低溫平面之穿透型有機-無機鹵化物結構鈣鈦礦太陽能電池(low-temperature planar NIR transparent organic?inorganic halide perovskite solar cells)做為堆疊型電池中的上電池(Top cell)，下電池(Bottom cell)選擇矽晶異質接面元件(crystalline silicon heterojunction -SHJ solar cell)。根據研究報導顯示，其鈣鈦礦/矽晶異質結構堆疊太陽電池轉換效率為25.2% (面積=0.25cm2)；在受光面積1cm2，轉換效率達到23%，元件結構與光電轉換效率數據，如圖一與表一所示。 圖一：(a)四端點型鈣鈦礦/矽晶異質結構堆疊太陽電池結構。(b)透光型鈣鈦礦上電池與SHJ矽晶電池的外在量子效率量測 (c)鈣鈦礦/矽晶異質結構堆疊太陽電池轉換效率25.2%的實測結果電流-電壓特性圖。 表一：獨立矽晶異質結構太陽電池與透光型鈣鈦礦電池元件效率，以及四端點型鈣鈦礦/矽晶異質結構堆疊太陽電池效率數據。 　 為了提升鈣鈦礦/矽基堆疊型太陽電池的下電池光線吸收，上電池的透光度顯而重要，特別是在長波段的近紅外光(800nm~1200nm)的穿透部份，EPFL為了兼顧上電池鈣鈦礦元件的可見光有效吸收，還需要讓近紅外光的有效穿透至下電池，因此提出一微型改良近紅外光穿透鈣鈦礦電池(Near-Infrared-Transparent Perovskite Solar Cells)結構，電子傳輸層-利用了濺鍍(sputtering)沉積薄二氧化錫(SnO2)在ITO與PEIE/PCBM之間，其目的為了以增強電子傳輸層堆疊的均勻性並減少可能的載子分流路徑，另外，在對電極的設計上也置換成MoOx/IO:H/ITO，MoOx功能性為保護層功用，避免濺鍍IO:H層時造成Spiro-OmeTAD表面電漿損傷。從轉換效率結果得出16.4% (面積0.25cm2)與14.5%(面積1.015cm2)，如圖二所示。 圖二：近紅外光穿透鈣鈦礦電池(Near-Infrared-Transparent Perovskite Solar Cells)結構 　 2016年10月美國牛津大學與史丹佛大學等教授們聯合發表的報告指出透過不同組成之鈣鈦礦的能隙計算可得到一上下皆為鈣鈦礦電池所堆疊的太陽能電池，經由二端點串聯(2Terminal)以及四端點聯接(4Terminal)效率分別可達17%以及20.3%。如圖三所示。 圖三：二端點堆疊以及四端點堆疊之結構圖 文中提到要得到一高效率之堆疊元件，前電池單元( front subcell )之鈣鈦礦能隙要擁有一較寬能隙1.7-1.9eV，後電池( raer subcell )之鈣鈦礦能隙則須配合在0.9-1.2eV，一般較常被使用的鈣鈦礦材料當中的金屬主要為鉛，若將鉛金屬置換為錫金屬可降低鈣鈦礦之能隙，但其材料在空氣下相對不穩定，所得到的效率亦不盡理想，研究人員調配鈣鈦礦材料當中的錫與鉛比