鈣鈦礦太陽能電池新技術取得重大突破 成果刊於國際學術期刊《科學》

香港城市大學（城大）學者在研發改良鈣鈦礦太陽能電池方面取得重大突破，將為可再生能源發展帶來重要影響。

城大的創新發明可促進鈣鈦礦太陽能電池商業化，令我們早日達致由可持續來源驅動的節能未來。

城大化學系朱宗龍教授說：「這項新技術影響深遠，其潛在應用可徹底革新可再生能源產業。」上述研究計劃由朱教授與華中科技大學李忠安教授合作進行。 

鈣鈦礦太陽能電池的能量轉換效率極高，因此被視為太陽能領域中極具潛質的前沿技術。可是，這種新電池有重大的缺點：高溫不穩定性，即電池在高溫下的效率可能下降。

城大團隊研發出一種獨特的「自組裝單層薄膜」（self-assembled monolayer, SAM），並將SAM與在氧化鎳納米顆粒薄膜結合作為電荷提取塗層。

朱教授說：「我們的技術可大幅提升鈣鈦礦太陽能電池的高溫穩定性。」並指出高溫穩定性是鈣鈦礦太陽能電池轉作商業化的關鍵因素。

朱教授說：「加上高熱穩定的電荷提取塗層後的鈣鈦礦太陽能電池，即使長時間在攝氏65度的高溫下運作，仍能保持初始效率的90%以上，並且能量轉換效率高達25.6%。這是一項里程碑式成就。」

上述研究刊登於國際學術期刊《科學》（Science），題為「為高效能倒置p-i-n鈣鈦礦太陽能電池而設的穩定空穴選擇層」（Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells）。

 

團隊進行這項研究的出發點，是要解決太陽能產業的特別難題：如何突破鈣鈦礦太陽能電池的高溫不穩定性。

朱教授說：「雖然這類太陽能電池具有很高的能量轉換效率，但卻像一輛在清涼天氣下車速極快的跑車，一旦在熱天下就會過熱而表現失色。這成為影響其廣泛應用的重大障礙。」

城大團隊現正集中研發SAM，是這類電池的重要部分，希望進一步加強其成為對高溫敏感的防護罩。

朱教授說：「團隊發現高溫會令SAM內的分子化學鍵斷裂，削弱了電池的表現。我們的方案是通過多種實驗方法及理論計算，在氧化鎳納米顆粒薄膜層加上SAM，研製成一層抗熱的保護罩。」

為解決這問題，團隊研發出創新的方案：將SAM加固在本質穩定的氧化鎳納米顆粒薄膜層表面上，加強SAM對底層的連結力。此外，團隊自行研發創新的合成SAM分子，令鈣鈦礦太陽能電池更有效率地進行電荷抽取。

團隊的主要研究成果大有潛力改革太陽能產業。通過應用城大創新研發的SAM，鈣鈦礦太陽能電池的高溫穩定性得到改善，團隊為鈣鈦礦太陽能電池奠下良好的基礎，令電池在高溫下也能發揮高效表現。

朱教授說：「這項突破研究具有關鍵意義，掃除了以往鈣鈦礦太陽能電池未能廣泛應用的重大障礙。我們的發明可大幅擴展這類電池的用途，不再受高溫環境及氣候的限制。」

上述研究成果極為重要。城大提升了鈣鈦礦太陽能電池的商業應用，不但為再生能源市場引入嶄新產品，更有可能全面改造整個能源領域，在全球向可持續發展和高效率能源來源的轉變過程發揮重要作用。

朱教授說：「這項新技術一旦全面商業化，將有助減低我們對化石燃料的依賴，並為應對全球氣候危機作出重大貢獻。」