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不需稀有金屬的鈣鈦礦太陽能電池 何以備受看好?

鈣鈦礦太陽能薄型電池,是被許多廠商看好的下一代太陽能電池。EneCoat Technologies

鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite Solar Cell;PSC)由於發電效率與矽基太陽能電池相近,而且更加輕薄,且具備易於彎曲的可撓式外型,因此有望成為次世代太陽能電池,目前由多個團隊加緊研發以達成商用化。

日刊工業新聞、電波新聞(Dempa)等報導,日本東京大學研究團隊已完成持續耐高溫的鈣鈦礦太陽能電池實驗。實驗中的鈣鈦礦太陽能電池,不採用高價的稀有金屬,而是添加常見的金屬元素鉀在鈣鈦礦化合物之中,可穩定在攝氏85環境下、穩定運作1萬小時以上。

由於鈣鈦礦太陽能電池的商用化關卡之一,就是耐用性問題,因此研究團隊在持續耐高溫的實驗中取得進展,又可不使用稀有金屬,明顯朝向商用化更進一步。

東京大學瀨川浩司教授等人組成的研究團隊,2017年起就嘗試以鉀取代稀有金屬加入鈣鈦礦化合物製成太陽能電池,能量轉換率可達到20.5%。

這次的實驗中,把鉀加入鈣鈦後持續加溫,逐漸損耗的情況,透過即時觀測取得資訊並解析,取得了延長使用壽命的成果,即使加溫到攝氏85度,並持續1萬小時以上也不會分解。

此外,多家廠商也在研發鈣鈦礦太陽能電池,包括積水化學(Sekisui Chemical)、東芝(Toshiba)、夏普(Sharp),以及源自於京都大學等研究機構的新創EneCoat Technologies等。

夏普從2020年起,參加日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)的太陽能發電主力電源化的技術開發計畫,到2023年3月,與京都大學等機構聯手,研發設計自由度高的鈣鈦礦太陽能電池模組。

比起其他廠商,夏普的鈣鈦礦太陽能電池研發較晚起步,目前以三項技術作為基礎加緊追趕中。這些技術包括從夏普的辦公室多功能複合機器所累積的精能性材料調合技術、可在大面積上以平均厚度塗布的帶面積鍍膜技術,以及在太陽能事業中累積的模組化技術。

夏普正準備開發長1公尺、寬30公分的鈣鈦礦太陽能電池模組,因為這種尺寸相對容易處理。

但還有其他課題有待解決,包括電池中含有鉛金屬,因此必須研究是否有其他可替代材料,或者必須建立回收機制。另外由於容易受到水等外部影響,不須提升封裝技術與電池裝置本身的耐用性與穩定性。

鈣鈦礦太陽能電池、染料敏化太陽能電池(DSC)、有機薄膜太陽能電池(OPV)等次世代太陽能電池,富士經濟(Fuji Keizai)2022年4月發表的報告顯示,其市場規模預估將在2035年達到8,300億日圓(63.8億美元),是2021年時的22.6倍,其中以鈣鈦礦太陽能電池最高。

因此夏普在太陽能電池領域,透過在歷代太陽能電池累積技術,包括矽基太陽能電池、人工衛星上的太空用化合物太陽能電池、IoT用染料敏化太陽能電池等,集中更多技術應用資源,研發鈣鈦礦太陽能電池在內的次世代太陽能電池。

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