臺大國際團隊開發新型製造方式 有助於鈣鈦礦太陽能電池大規模商業生產

國立臺灣大學凝態科學研究中心/高分子科學與工程研究所教授王立義與美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室奈米技術中心(Center for Integrated Nanotechnologies (CINT), Los Alamos National Laboratory)研究員Wanyi Nie與Hsinhan Tsai博士的研究團隊，開發出一種嶄新的合成途徑，成功克服目前嚴苛製程的限制，可用以製造高品質鈣鈦礦膜，進而生產高效能鈣鈦礦太陽能電池 (perovskite solar cells) 的元件模組，此項最新研究成果，於2021年3月19日發表於國際著名科學期刊《焦耳》(Joule)。

這項以本校為首的跨國研究，由王立義教授主導的研究團隊在鈣鈦礦前驅溶液內，引入一種常應用於純化天然氣的穩定性無色液體環丁碸(sulfolane)作為添加劑，藉由有效控制鈣鈦礦的結晶行為，大幅延長製程的可加工時間，提高加工的便利性與彈性，因此可應用於各類工業化製程。該團隊進一步利用常見的浸漬方法(dipping process)，製造出大面積的高質量鈣鈦礦薄膜，成功展示兩種不同面積的高轉換效能電池模組，有效面積與電池效率分別為15.84 cm2 (17.58%) 和36.6 cm2 (16.06%)。更重要的，這些元件模組具有優異的操作穩定性，在恆溫(50oC)與恆定照明條件下持續工作250小時後，仍能保留約90%的初始光電轉換效能。對此，臺灣大學材料科學與工程研究所博士生，同時為本論文第一作者的黃信祥說明：「本工藝具有方法簡易、成本低廉、相容於現有製程的優勢」。Wanyi Nie與Hsinhan Tsai博士則指出：「本研究成果將可應用於製造低成本的大面積太陽能電池模組，並容易與工業產線結合」。

近十年來，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率急遽升高，儼然已成為備受期待的一種新興再生能源技術。然而在實現大規模商業化前，需要開發出大面積鈣鈦礦太陽能電池模組的製造技術，並解決材料不穩定性等相關問題。傳統鈣鈦礦太陽能電池製造方法，在工業規模製造上的主要障礙之一是其短暫的可加工時間與嚴苛的製備工藝，為了形成高緻密且均勻的鈣鈦礦薄膜，必須在幾秒鐘內嚴格且精準地控制製程沉積時間，增加了加工難度。然而，若採用本研究在鈣鈦礦前驅體中使用環丁碸添加劑，即能將製程的可加工時間從9秒內延長至90秒，從而有較彈性的操作空間，可以在大面積上形成高度結晶的緻密鈣鈦礦層，對處理條件的依賴性較小，此方法可以輕鬆適應現有的工業製造技術，有助於鈣鈦礦太陽能電池進行商業化生產。

全文請見：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435121000891?dgcid=author