文／韋士塔

過去10年來，鈣鈦礦太陽能電池的性能持續提高，轉換效率目前已能與傳統矽電池的效率相媲美。這種電池的缺點是材料不穩定、接面裂化，但美國研究人員利用神奇的「分子膠」解決這些問題，突破鈣鈦礦太陽能電池的技術瓶頸。

傳統的矽晶太陽能電池，須以昂貴的設備，在高溫環境下製造；相較之下，鈣鈦礦太陽能電池在室溫下即可生產，且所需設備相對便宜，可大幅節省製造成本，極具商業前景。

美國布朗大學的材料科學家帕德楚爾（Nitin Padture）表示，鈣鈦礦太陽能電池最大缺點是不耐用，因此他們持續開發更穩定耐用的新材料；帕德楚爾在研究報告中指出，鈣鈦礦太陽能電池是由多層材料構成，溫度變化時，不同材料膨脹或收縮的速度不同，往往會導致材料分離（decouple），尤其是吸光層與電子傳輸層的接面，非常容易裂開。

吸光層由鈣鈦礦薄膜構成，與控制電池電流的電子傳輸層連結，但兩者的接面非常脆弱。帕德楚爾曾開發創新的陶瓷塗層，可大幅提升飛機發動機的性能。他運用這些經驗，與研究團隊開發「自組裝單分子層」（SAM）的化合物，設法解決鈣鈦礦太陽能電池的穩定性問題。

SAM主要成分是矽和碘，目前主要應用在製造生物材料、表面物理、化學改質和製作表面特殊圖案等領域，也能利用浸塗技術應用在鈣鈦礦太陽能電池上，在吸光層與電子傳輸層之間形成牢固的連結。

帕德楚爾指出：「接面裂化是鈣鈦礦太陽能電池的最大缺點，如果能夠予以改善，穩定性就可大幅提升。我們利用特殊配方，讓SAM化合物沉積接面的表面形成1層薄膜，把不同材料牢牢連結在一起。」

帕德楚爾表示，初步的實驗結果顯示，SAM能夠讓接面的韌性提高50%左右，從而避免裂紋範圍變大；他把SAM比喻為「分子膠」，能夠讓不同的材料穩固連接。

研究團隊已展開實際測試，發現這項最新技術能顯著改善鈣鈦礦太陽能電池的壽命。一般的鈣鈦礦太陽能電池使用壽命約為700個小時，但採用分子膠技術的電池在使用約1300個小時後，電池效率仍可達峰值的80%。

帕德楚爾說，現階段目標是把鈣鈦礦太陽能電池的壽命提高到4000小時以上；他坦言，這個時間與矽晶太陽能電池的25年壽命仍有不小差距，但他們也見到一些跡象，證明鈣鈦礦太陽能電池的前景良好。

研究人員指出：「這是前所未見的突破，我們觀察發現，使用分子膠後，鈣鈦礦太陽能電池雖仍會出現各種損壞，例如空隙和裂縫，但接面的狀況大有改善，這是個驚喜，也是重大的進展。」他們強調，添加SAM不會損害電池的效率，如果能進一步應用於其他材料層之間的接面，穩定性可望進一步提高，不僅能讓鈣鈦礦太陽能電池的成本降低，並可長期高效運作。