產業觀測-鈣鈦礦可能重振薄膜太陽能市場

產業觀測-鈣鈦礦可能重振薄膜太陽能市場

太陽能電池是利用半導體將光能轉換成電能的裝置,主要吸收300至1,100奈米波長,能量較高的太陽能電池中主要有N型與P型兩種半導體,當太陽光照射N型半導體(矽晶片參雜磷)時,光子會激發許多電子,照射P型半導體(矽晶片參雜硼)時會激發許多電洞,可吸引電子來填充。兩者相連的PN接面會因電子電洞的移動形成電位差(電壓),接上外部電路後將電子與電洞導出獲得電流。因此太陽能板必須有足夠厚度以增加捕捉光子的機率,另矽的能隙是1.1eV,意思是光的波長必須小於1,100奈米才能轉換成電能,這代表太陽能電池必須在夠強的陽光下才能發電。目前矽晶太陽能電池的技術研發仍在不斷推進,目標是提高轉換效率、降低成本並延長使用年限,現轉換效率已達21~23%。

鈣鈦礦是首先在俄羅斯被發現的鈣鈦氧化物礦物(CaTiO3),屬正八面體結構,後來泛指所有化學結構通式爲ABX3的晶體材料。早期因其抗磁特性,常被用於超導體的研究,但2009年日本科學家發現鈣鈦礦具有優越的光電轉換率、合成工藝簡單、可設計性強等優點,進而發明鈣鈦礦太陽能電池,該成就在2013年被《Science》雜誌評選爲年度十大科學突破,未來也極有可能問鼎諾貝爾獎。

为青壮年接种新冠疫苗开大门 南投县开放多元接种预约服务

鈣鈦礦的ABX3晶體結構,A離子位於正中心,被12個X離子包圍成八面體,B離子則位於晶體的角頂,各被六個X離子包圍;這三種離子透過不同元素的排列組合,或調整彼此間的距離,可呈現許多不同的物理特性,應用於太陽能電池時,A一般採用有機胺離子,B採用金屬離子,X採用鹵素離子。當太陽照射鈣鈦礦太陽能板時,鈣鈦礦吸收層主要發揮吸光作用、電洞傳輸層類似P型半導體、電子傳輸層類似N型半導體,內部也會形成電位差,接上外部電路後可將電流導出。

鈣鈦礦太陽能電池吸收光子後,其電子與電洞較容易分離,且其傳播距離長,代表光子被吸收轉爲電能的機率更高,目前實驗室的理論轉換效率可達31~33%,超越矽晶太陽能電池的理論極限值。另因其配方可調整,生產成本僅矽晶太陽能電池一半,且鈣鈦礦可吸收光的範圍更大,可使用於低光線環境,亦不像矽晶須有一定厚度,因此可採薄膜印刷生產,重量輕且柔軟,可裝置於建築物外牆、窗戶、車頂等傳統「矽型」無法設置的場所,或可與矽晶太陽能板疊層獲取更高的轉換效率。過去具有相似特性的薄膜太陽能因轉換效率過低、成本過高等問題,致市場佔有率節節敗退到僅剩5%,未來若鈣鈦礦發展順利,局面應會大幅翻轉。

酒鬼花生 小说
御王有道:邪王私寵下堂妃 簡鈺

但鈣鈦礦也面臨各樣困難需克服,首先,鈣鈦礦對環境十分敏感,溫度、溼度、光照及電路負載等都會導致鈣鈦礦的分解和效率降低,且目前對降解的機制還沒有很清楚的掌握,在大面積的生產技術也還需要優化;另其耐用年限較短(約十年),不及矽晶電池的20至30年。整體而言,鈣鈦礦的化學分子穩定度與製程成熟度上仍需持續投入研發,亦還未見大型廠商投入量產製程,亟待更多廠商共同參與開發及行業標準建立。

展望未來,預期鈣鈦礦太陽能的市場佔有率應會逐漸擴大,可與矽晶太陽能分庭抗禮,各國也正加快研發腳步。日本首相岸田文雄近來宣佈,將在2030年前推廣「可彎曲太陽能電池」政策,目標是在2040年將供應量提高至現有的六倍左右,用於貼在建築物的窗戶或彎曲的車體上,以協助太陽能產業發展並降低使用傳統電力成本,鈣鈦礦太陽能的發展將是重中之重。

桃子男孩渡海而来

别再召唤我啦!

《金融》星展银陈昱嘉:Q2股优于债 美亚欧股看2好1坏

揭开70年神秘面纱 首探张学良幽禁故居

陆尘 小说

新北与教室不同栋 东湖国小日照中心招租

北市警分局风水树失效官警连续垮台 同仁盼移植青松、梅树