太陽能電池突破：更高效、可擴展及環(huán)保
香港城市大學(xué)（城大）科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的團隊研發(fā)出新方法，令太陽能發(fā)電更有效、更環(huán)保。
這項研究突破是在鈣鈦礦太陽能電池中使用新型金屬有機框架材料，不僅令其操作更穩(wěn)定，也能使電池中的鉛不易洩漏。
眾所周知，太陽能是一種可靠的可再生能源，近年發(fā)展迅速。混合有機與無機材料的鉛鹵鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率逐漸超過矽太陽能電池。鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)量漸增、用途日廣，但可能會因洩漏鉛而危害環(huán)境。
城大研究團隊找出可能解決這個問題的長遠方案。經(jīng)過一年時間，團隊試驗出一種可應(yīng)用於現(xiàn)今鈣鈦礦太陽能電池的突破性二維共軛金屬有機框架材料，為該技術(shù)的大規(guī)模商品化開闢道路。
學(xué)務(wù)副校長兼化學(xué)及材料科學(xué)講座教授任廣禹教授表示，研究結(jié)果表明電池的可持續(xù)性有所提升，運作穩(wěn)定性良好，能源轉(zhuǎn)換效能亦有增強。
生產(chǎn)鈣鈦礦太陽能電池需使用不同的材料層，而新的金屬有機框架是最後一層材料。要製造對環(huán)境危害較小的太陽能電池，重點在於這個新材料層。
任教授說：「鉛離子經(jīng)過一段時間後，可能會因為設(shè)備性能下降而洩漏。新的功能化金屬有機框架材料能捕捉這些有毒的鉛離子，使之形成不可溶解及非污染性物質(zhì)?！?/p>
此外，加速測試條件下的實驗表明，在受控條件下長時間暴露於外部因素後，鈣鈦礦太陽能電池具有出色的熱穩(wěn)定性與良好性能。
然而新研製的金屬有機框架材料不止是保護層，亦是一種多功能材料，可在鈣鈦礦/陰極界面上作為活性電子提取層，這個材料層在把太陽光轉(zhuǎn)化為電能時發(fā)揮重要作用。
化學(xué)系徐政濤教授說：「鈣鈦礦太陽能電池現(xiàn)時使用的大多數(shù)保護層，都不具半導(dǎo)體的特性，因此對提升效率作用極小。」他指新發(fā)現(xiàn)的金屬有機框架材料是高效的電荷傳輸層。
新試驗的成分有更高的電子提取能力，導(dǎo)致填充因子上升，這令新型金屬有機框架材料具有較高的能源轉(zhuǎn)換效能。
化學(xué)系兼材料科學(xué)及工程學(xué)系助理教授朱宗龍博士說：「鈣鈦礦太陽能電池的多層結(jié)構(gòu)確認了層與層之間存在電荷損失。與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，電流-電壓曲線的正方形狀確保了已知可能的最佳填充因子，因而具有更佳能源轉(zhuǎn)換效能。」
這項突破性研究成果已在頂尖科學(xué)期刊《自然納米技術(shù)》上發(fā)表，題為「用於最低鉛洩漏的穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池之二維金屬有機框架材料」。
參與這項研究的還有該論文第一作者、化學(xué)系博士生吳聖釩，其他研究員來自城大化學(xué)系、材料科學(xué)及工程學(xué)系、西安交通大學(xué)、華盛頓大學(xué)、加州大學(xué)爾灣分校。