太陽能電池技術突破 細小得近乎隱形 遇陽光自動變暗兼發電

鈣鈦礦電池獲視為第三代的太陽能發電技術,有別於傳統體積龐大的太陽能光伏板,其透明的晶體結構在吸收陽光的熱力後會變暗,同時將光轉換成電力,適合用作建築物的智能窗戶材料。它既有助室內降溫,又可運用太陽能發電,一舉兩得。不過,礙於鈣鈦礦電池不甚耐用和穩定,目前尚在開發階段。新加坡南洋理工大學的科學家最近研發出新一代的超薄鈣鈦礦太陽能電池,厚度只有頭髮一萬分之一,可望應用在汽車和智能眼鏡上。

新加坡南洋理工大學的Annalisa Bruno 教授與團隊展示小得近乎隱形的鈣鈦礦太陽能電池。
新加坡南洋理工大學的Annalisa Bruno 教授與團隊展示小得近乎隱形的鈣鈦礦太陽能電池。

目前市面上常見的太陽能光伏板為矽晶太陽能電池,光電轉換效率約為22%到24%。反觀鈣鈦礦能夠有效吸收日光,成本也比矽便宜。其轉換效率幾十年間突飛猛進,從2004年的3.8%提升至26%以上,而且在不直接受光或光源分散的環境下亦可作光電轉換。它的另一優點是不像矽那樣厚重易碎,柔軟、透明,甚至可放在穿戴裝置上。

鈣鈦礦(圖片:rock idenifier)
用鈣鈦礦製成的太陽能電池有半透明、超輕、超薄、柔軟等特質。(圖片:kashtech.com.hk/)
用鈣鈦礦製成的太陽能電池有半透明、超輕、超薄、柔軟等特質。(圖片:kashtech.com.hk/)

Annalisa Bruno帶領的團隊採用熱揮發技術生產鈣鈦礦電池,在真空廂內將礦物加熱,直至物質揮發,形成結晶。這技術可製成薄至10納米的鈣鈦礦層膜,生產過程不會像傳統電池那樣產生有毒物質。團隊研製出的鈣鈦礦薄膜有不透明和半透明兩種,後者的透光率為46%,吸收陽光後的光電轉換率為7.6%。南洋理工大學已為該技術申請專利註冊。

獨立於該研究的劍橋大學太陽能專家Sam Stranks表示,南洋理工創新的鈣鈦礦薄膜技術適合作大規模生產,惟在商業化之前,研發團隊必須證明該種電池的耐用和穩定程度。業界人士認為,體積小而半透明的鈣鈦礦電池適合應用在高樓大廈的玻璃窗,因為它不會影響建築物的外觀,不用架設太陽能光伏板,就可降溫和發電。

根據美國能源部可再生能源國家實驗室在2020年發表的智能玻璃窗研究,鈣鈦礦薄膜的晶體會隨表面溫度而變化,由鏈狀變成微小立方體,顏色在攝氏35至46度之間,會由黃、橙、紅變至茶色,過程只消七秒。這種智能窗戶的另一優點是即使打開窗,能源也不會流失。

香港多間大學的科研人員研究鈣鈦礦太陽能電池近年屢有創新。城市大學的科研團隊於2023年開發出一種添加劑,可用作調節鈣鈦礦薄膜的形成,以提高該種太陽能電池的效率和穩定性。

嶺南大學伍絜宜跨學科學院學者聯同合作團隊於2024年發表研究成果。他們開發了新的介面結構,令研製出的鈣鈦礦太陽能電池可連續運行700小時後,仍保持效率逾95%。該技術開發的鈣鈦礦疊層太陽能電池發電效率高達27.11%。此外,科技大學工學院的研究團隊發現一種新方法,可有效地消除鈣鈦礦薄膜的晶粒底部內凹結構,可提升其性能和可靠性。

使用新型SAM的鈣鈦礦太陽能電池。(圖片:香港城市大學朱宗龍教授研究團隊)
使用新型SAM的鈣鈦礦太陽能電池。(圖片:香港城市大學朱宗龍教授研究團隊)

傳統變色太陽鏡片需要數分鐘才能適應光線變化,科技公司Povec Optics推出解決方案──世界首副能夠用電變色的太陽眼鏡Povec C1,適合戶外運動使用。鏡片含有氯化銀或溴化銀結晶,亦有小量氯化銅,用家只需用手指一按鏡框,即可切換鏡片顏色,例如天陰時將鏡片調校得更明亮。這項技術僅在切換顏色的瞬間消耗電量。此技術最先由汽車公司Audi採用,鏡片具UV400防曬功能。Povec C1今年5月推出市面,零售價約為250至350美元。

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