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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。
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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。