鈣鈦礦是轉化效率很高的一種太陽能電池材料,而且更便宜、更容易生產,近年來受到很多研究關注。

用這種材料做太陽能電池的一大障礙在於,在它的四種原子佈局中(研究人員稱其為「相位」),三種轉化效率都很高,但是在室溫下不穩定,容易變成第四種不可用的相位,無法將太陽能轉化為電能。

一份由美國能源部SLAC 國家加速器實驗室和史丹福大學合作的研究突破了這個障礙:把這種材料用鑽石砧在高溫下擠壓處理之後,這種材料的原子佈局就固定在高效的狀態並得以保持,即使恢復到常溫、相對潮濕的空氣中也可用。

史丹福大學材料和能源研究所(SIMES)的研究員林郁(YuLin,音譯)說:「這是第一份使用壓力控制這種材料穩定性的研究,這的確提供了很多應用的可能性。現在我們找到了處理這種材料的優質辦法,有希望擴大規模用於商業生產,還可以用相同的辦法處理鈣鈦礦的其它相位。」

這份研究用於進行實驗的材料是鹵化鈣鈦礦,是碘、鉛和銫化合物。研究稱,這種材料其中一個名為「黃色」的相位完全無法轉化太陽能。之前的研究發現,如果對其施加高壓,可以把它變成高效太陽能電池所需的三種原子佈局。但是這三種佈局仍然不穩定,特別遇到潮濕的空氣又容易變回無效的原子佈局。

這份研究把鈣鈦礦在鑽石砧內用1000 ~ 6000 倍大氣壓進行擠壓, 並加熱到450 攝氏度左右。研究人員發現這樣處理過後,即使壓力、溫度都恢復到自然界的狀態,在相對潮濕的空氣中,仍然保持高效轉化率達10 ~ 30 天時間。

林郁介紹說,他們的實驗施加的壓力只是合成鑽石工業常用壓力的十分之一左右。接下來研究組將把實驗環境下的成果應用到工業設備上,尋找擴大規模處理這種材料的辦法。

這份研究1 月19 日發表在《自然‧通訊》(Nature Communications)期刊上。◇