IT之家 5 月 20 日消息，新加坡南洋理工大學（NTU）的科學家團隊開發出一種新型超薄半透明鈣鈦礦太陽能電池，其厚度僅為一根頭髮絲直徑的萬分之一，大約是傳統鈣鈦礦太陽能電池的 50 分之一。儘管厚度極薄，但其光電轉換效率仍處於同類超薄器件領先水平。

相關成果已發表於《ACS Energy Letters》。由於該新型太陽能電池具有半透明的特點，未來有望嵌入玻璃窗、車窗，甚至能用在智能眼鏡上，使「玻璃變電池」成為現實。

該研究由南洋理工大學物理與數學科學學院及材料科學與工程學院的 Annalisa Bruno 副教授領導。Bruno 副教授表示，建築環境約佔全球能源消耗的 40%，能夠將建築物表面無縫轉化為發電資產的技術正變得越來越緊迫。她指出，鈣鈦礦太陽能電池可在相對較低的溫度下通過簡單的工藝製造，並且可以調節以吸收特定波長的光同時保持透明，還有望在大面積上實現規模化，從而降低碳足跡。

與傳統的硅基太陽能電池不同，這些鈣鈦礦器件即使在間接陽光和漫射光條件下也能發電，特別適合城市環境 —— 垂直建築表面和頻繁的雲層覆蓋往往會限制直射陽光的獲取。例如，若該技術能在保持類似性能的前提下實現規模化，大型玻璃幕牆可轉變為太陽能發電的活性表面。初步估算表明，在 Raffles Place 或 Marina Bay 區域的主要玻璃幕牆辦公樓部署該技術，理論上每年可發電數百兆瓦時。根據可用的玻璃面積和建築朝向，這一發電量大約相當於 100 套四房式組屋（HDB）的年用電量。

製造方法方面，NTU 團隊採用了與工業兼容的熱蒸發法。該工藝在真空腔室中加熱源材料直至蒸發，蒸氣隨後沉積在表面形成薄膜。該方法可在大面積上沉積非常薄且均勻的鈣鈦礦層，同時避免使用有毒溶劑，並有助於減少太陽能電池中的缺陷，提高光電轉換能力。研究人員認為，這是首次完全使用真空工藝製造超薄鈣鈦礦太陽能電池，該技術可能更適合未來的大規模工業化生產。

利用該技術，研究人員製備了厚度低至 10 納米的超薄鈣鈦礦吸收層，同時保留了可用的太陽能電池性能。在不透明器件中，厚度為 10、30 和 60 納米的鈣鈦礦層分別實現了約 7%、11% 和 12% 的光電轉換效率。而一款 60 納米厚半透明鈣鈦礦層的電池允許約 41% 的可見光透過，同時實現了 7.6% 的光電轉換效率。研究人員稱，這是採用類似材料製備的半透明鈣鈦礦太陽能電池中性能最高的數據之一。論文第一作者、曾為 NTU 能源研究所博士後的 Luke White 博士表示，通過精確控制熱蒸發，他們能夠調節太陽能電池的透明度，這為可持續建築（例如可發電的有色窗戶）開闢了新可能。

英國劍橋大學化學工程與生物技術系能源材料與光電子學教授 Sam Stranks 評論稱，該方法對薄膜厚度和均勻性提供了高水平的控制，這對於半透明太陽能電池邁向大面積應用是必需的。他補充說，半透明鈣鈦礦太陽能電池是一條令人興奮的路線，可以從傳統硅面板難以使用的表面（如窗戶、外牆和輕型電子產品）收集能量，該研究結果展示了極薄器件在透明度和發電之間的有希望的平衡，而下一步的關鍵測試將是長期穩定性、耐久性以及更大面積上的性能。

據官方介紹，Bruno 副教授是鈣鈦礦太陽能電池領域的先驅，她早期關於熱蒸發鈣鈦礦太陽能電池的工作已被規模化。其創新成果得到了 NTU 創新創業計劃的支持。通過大學創新與企業公司 NTUitive，已為超薄鈣鈦礦薄膜新結構的技術提交了專利申請。研究人員目前正在與多家公司洽談，以驗證和標準化本研究使用的熱蒸發工藝，並將在商業部署前繼續提高鈣鈦礦太陽能電池的長期穩定性、耐久性和大面積性能。

IT之家附論文地址：

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.5c04261