单晶钙钛矿太阳能电池转换效率已达21.9%

在各界研究团队的努力下，钙钛矿太阳能电池的转换效率已经超越目前市面上常见的太阳能电池，但它们仍有不耐水汽、高温与紫外光等难题，离大规模商业化还有一段距离，最近沙特阿拉伯科学家或许已找出解决办法，他们研发出耐用、且转换效率达21.9%的单晶钙钛矿电池。

钙钛矿电池除了成本低、易于加工外，还具有优异的光学和传输性能，备受太阳能科学家爱戴，其中钙钛矿电池性能和稳定性皆取决于薄膜形貌(morphology)，然而钙钛矿电池多是由无序或是有缺陷的多晶薄膜制成，这些多晶钙钛矿薄膜存在许多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷，会使电子与电洞对(载子)再结合，转换效率难再提升。

因此来自沙特阿拉伯阿布都拉国王科技大学(KAUST)的团队，决定用单晶薄膜取代多晶薄膜。与多晶钙钛矿相比，单晶钙钛矿拥有较高的结晶品质，光吸收范围与热稳定性也更佳，商业应用价值较高。

就以硅晶太阳能电池来说，单晶硅太阳能电池也因为组成原子均按照一定的规则与周期性的排列，纯度更要求达 99.9999%，普遍来说单晶硅太阳能电池的转换效率都比多晶硅太阳能电池要高。

如今已有愈来愈多科学家关注到单晶钙钛矿的优势， KAUST 的科学家亦然，最近便透过逆温长晶(inverse-temperature crystal growth)技术，在两片涂有聚合物涂层的基板中生长出钙钛矿单晶，研发出新型单晶甲基氨基碘化铅(MAPbI3)钙钛矿电池。

研究指出，新型单晶 MAPbI3钙钛矿厚度约 20 微米，经过铜处理后再制成 1mm 厚的太阳能电池，转换效率最高已达 21.9%。

该转换效率除了超出科学家预期，也比过去其他机构研究的成果还要高，KAUST 化学科学助理教授 Omar Mohammed 表示，团队还以为要打造更薄的钙钛矿薄膜，才能将转换效率提高至 21%，再加上晶体生长相当不易。

但若要将技术推出实验室，还得进一步扩大单晶 MAPbI3钙钛矿电池的尺寸。以过去的经验来看，许多实验室得太阳能技术虽然已达到高转换效率，但放大尺寸之后，转换效率跟寿命都会略为下降。目前研究已发表在《ACS Energy Letters》。