城大學者研發高效先進穩定太陽能電池 批量生產如「印報紙」

 

香港城市大學（城大）科學家不斷在光伏能源尋求突破，開發出高效率、可印刷、穩定的鈣鈦礦太陽能電池，以實現碳中和目標，推動可持續發展。

新型鈣鈦礦太陽能電池可批量生產，速度媲美印刷報紙，每日產量可高達1,000塊太陽能板；因其柔軟、可半透明的特性，更可製成光伏玻璃窗有效利用光能，在香港及深圳等高樓林立的城市實現「市區太陽能發電廠」，即產即用。

研究團隊由李兆基講座教授（材料科學）任廣禹教授領導，成果刊於《自然能源》期刊，為改善鈣鈦礦太陽能電池的壽命及穩定性提出創新策略，確保疊層電池在運行500小時後，仍能保留其初始的光電轉換效率逾90%。

寬能隙鈣鈦礦太陽能電池的運行穩定性困擾科學家已逾十年。大部分研究旨在阻止離子遷移過程的發生，而城大研究團隊則為了解決根本問題，決定從材料着手。團隊設計了一系列氧化還原介體，作為添加劑摻入鈣鈦礦中，持續還原碘和氧化金屬鉛，抑制鈣鈦礦太陽能電池中的鹵化物偏析，從而提高電池的長期運行穩定性和光電壓。

 

透過集成半透明鈣鈦礦太陽能電池與有機太陽能電池，封裝的疊層電池在太陽光照（地球表面的標準光譜、無紫外線濾光片）及45攝氏度下連續運行500小時，仍能保留92%的初始光電轉換效率，實現了高達25.22%（認證為24.27%）的光電轉換效率，刷新世界紀錄。裝置在潮濕空氣（相對濕度70%至80%）中運作，亦表現出高穩定性。

研究團隊內另一位主要成員、論文第一作者吳聖釩博士說：「我們是第一個提出以氧化還原、分子設計的方法，從本質上解決鹵素相分離的團隊，有效提升鈣鈦礦太陽能電池的穩定性。」他指城大在培育博士生時，着重培養批判性思維，要求學生掌握領域中最前沿的研究成果，了解當下面臨的最大挑戰，以解決最深層次的問題，令他獲益良多。

任教授說：「我們致力透過學術研究創造社會價值，為香港以至大灣區在新興能源市場的競爭奠定基礎。」他與團隊近日亦憑新一代可印刷式高效鈣鈦礦光伏模組，榮獲創新科技署「產學研1+計劃」首輪撥款，將透過由其學生Francis Lin博士管理的初創企業滙科光能有限公司，將研究成果轉化為實際應用。

鈣鈦礦光伏即使在室內弱光下，仍能吸收能量，兼具機械柔性，可集成應用於不同場景，大至建築物及農場，小至物聯網的各種元件。團隊並已計劃在一年半後，在香港搭建年產量25兆瓦的中試線（即商業化前的生產線），並推出產品予業界配對投資者試驗應用。