澳洲研究發現,送上太空進行測試,然後質子輻射損壞的鈣鈦礦太陽能電池,只要經過熱真空中退火,就能100%恢恢復始效率。
太空環境遠比地球惡劣多了,寬溫度波動和太陽輻射都會讓太陽能電池受損,根據NASA先前的研究,鈣鈦礦太陽能電池是太空太陽能的潛力候選者之一。他們花10個月測試鈣鈦礦電池在國際空間站的表現,評估吸收劑對真空環境、極端溫度、輻射和光壓力源的抵抗力,發現鈣鈦礦太陽能10個月後還是「深黑色」。
鈣鈦礦太陽能也有製造成本低、轉換效率高優勢,這次澳洲雪梨大學團隊,則展開能否修復鈣鈦礦太陽能的研究。
團隊首先使用熱變溫導納頻譜(Thermal Admittance Spectroscopy)跟深能級瞬態譜儀(deep-level transient spectroscopy)來研究太空近地軌道上的高能質子輻射,以及熱真空能否修復鈣鈦礦太陽能電池上的缺陷。
之前所有鈣鈦礦太陽能電池質子輻射研究都是在厚度超過1厘米、較重的電池基板上進行,團隊考慮到功率重量比,採用0.175厘米超薄且輻射透明的藍寶石基板,團隊也在實驗室模擬在太空環境會受到的質子輻射。
研究發現,可以加以設計鈣鈦礦電池的電洞傳輸材料(Hole Transport Material,HTM),來提高抗輻射性。化學分析指出,基於LiTFSI溶劑工程製備高效鈣鈦礦太陽能電池,質子輻射會讓其中的氟擴散到光吸收層,導致電池逐漸退化,效率也會逐漸降低。
目前研究小組確定,不含Spiro-OMeTAD和LiTFSI的太陽能電池至少不會遭受氟擴散影響,並且質子輻射引起的分解也可以通過真空熱處理來逆轉。教授Anita Ho-Baillie表示,團隊希望這項研究有助於開發太空應用的低成本輕型太陽能電池。
(首圖來源:ARC Centre of Excellence in Exciton Science)