钙钛矿太阳能转换效率再提高3%

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若是提到新一代神奇材料，或许大家一开始都会想到石墨烯，但除此之外，也有不少材料正在暗中发光发热。最近澳洲科学家便通过结构与石墨烯类似的磷烯（phosphorene），成功将钙钛矿太阳能转换效率提升 2 到 3%。

石墨烯有诸多优良的性能，像是无比坚硬、导电速度快等都是备受科学家关注的原因，但它并不是个天然的半导体，通常半导体材料可利用能隙来控制电流，但石墨烯却没有能隙，虽然电流传导速度较快，但难以控制电流。

而磷烯是实实在在的半导体材料，能通过能隙来控制电流开关，导电性则跟石墨烯一样，比现在使用的硅材料要快上数十甚至数百倍，因此澳洲福林德斯大学与昆士兰大学等团队便看好磷烯特性，认为它可以帮助钙钛矿太阳能一臂之力。

其中磷烯是由层状黑磷块材剥离而成，随着减少层数，发光的范围可从中红外到可见光，因此如何从黑磷单层磷烯是团队首要挑战，福林德斯大学科学与工程学院博士 Christopher Gibson 表示，团队已经找出全新方法来剥离磷烯，这将有助于生产更高效与便宜的太阳能电池。

在该实验中，团队通过南澳大学研制的涡流装置（Vortex Fluidic Device，VFD）的快速剪应力（shear stress），成功剥离出 4.3 纳米厚的磷烯纳米层片。Gibson 指出，在钙钛矿太阳能电池添入磷烯后，转换效率也提高 2% 到 3%。

根据团队在《Small Methods》的论文，新型剪应力剥离方法在较短的时间内，就能产生出结晶质高、原子级厚度较薄的磷烯纳米片。之后团队把磷烯纳米片当作电子传输层材料（ETM）后，转换效率也成功从 14.32% 提升到 16.53%，最高则达到 17.85%，效率已经可与高温制作法匹敌。

若能进一步提高钙钛矿太阳能的转换效率，将能加速其商业化进展，指导教授 Joseph Shapter 表示，硅晶太阳能是目前最常见的太阳光电技术，但我们需要耗费许多电力与能源来制造电池，相较之下钙钛矿电池永续性较高。

也因为钙钛矿太阳能具有材料成本低、建造成本低等优点，大规模商业化后，最终也能降低太阳能整体成本，进而提高再生能源的普及率。

来源：科技新报

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