耐久性長期困擾鈣鈦礦太陽能電池發展
鈣鈦礦太陽能電池因其高轉換效率與低製造成本，成為次世代太陽能發電技術的關鍵候選。然而，該技術的主要挑戰之一在於其耐久性較低，容易因環境因素影響而失去發電能力。近期，名古屋大學的研究團隊成功開發了一種新方法，透過在單壁碳納米管（SWCNT）電極中加入氟系化合物，顯著提升鈣鈦礦太陽能電池的耐用性。
新方法：氟系化合物 TFE 提升電池耐久性
該研究由名古屋大學工學研究科與未來社會創新機構材料創新研究所共同進行，並於 2024 年 12 月正式發表。團隊發現，將 2,2,2-三氟乙醇（TFE） 添加至 SWCNT 電極，可有效提升電池的穩定性。與傳統金屬電極相比，SWCNT 電極具有更佳的導電性與耐用性，而 TFE 則進一步改善其表現。
研究團隊透過旋塗（Spin-Coating）技術，將 TFE 均勻分佈於 SWCNT 電極表面，結果顯示 TFE 可降低電極表面電阻並減少電荷捕獲密度，最終提升電池的發電效率。
發電效率與長期穩定性測試
研究團隊針對不同條件的鈣鈦礦電池進行測試，結果顯示：
未使用 TFE 的 SWCNT 電極電池，其發電效率約為 13.0%。
添加 TFE 後，發電效率提升至 14.1%，顯示 TFE 有助於改善光電轉換效率。
SWCNT 電極的表面電阻從 37.4Ω/sq 降至 32.7Ω/sq，代表導電性獲得提升。
電荷捕獲密度由 9.77×10¹⁵ cm⁻³ 降至 8.64×10¹⁵ cm⁻³，顯示電子傳輸更順暢
在長期耐久性測試中，研究團隊將未封裝的電池置於大氣環境中進行觀察，並分別於 30 天、260 天與 280 天進行發電效率測試，結果如下：
30 天後，TFE 處理的電池仍維持 9.2% 的發電效率，未處理的電池則降至 4.8%。
260 天後，TFE 處理電池的效率為 8.6%的發電效率，而未處理的則降至 1.7%。
280 天後，TFE 處理的電池仍保持 8.1%的發電效率，顯示其長期穩定性。
此外，研究團隊透過 X 射線光電子能譜（XPS）與 X 射線繞射（XRD）技術進行材料分析，確認 TFE 有助於維持鈣鈦礦結構的穩定性，減少 PbI₂（碘化鉛）等降解產物的生成。
技術應用前景與未來發展
本研究結果顯示，透過簡單的 TFE 處理，可顯著改善 SWCNT 電極鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，這對於該技術的商業化應用具有重大意義。未來，該技術可望應用於：
高效能太陽能電池模組——延長電池壽命，提升投資回報率。
便攜式能源設備——可用於穿戴式裝置、太陽能充電器等。
建築整合太陽能技術（BIPV）——適用於建築物玻璃與牆面發電系統。
該研究由名古屋大學與日本電裝（DENSO） 共同開發，未來可能進一步推動該技術的產業化。
結論
隨著全球對於可再生能源的需求日益增加，提升太陽能技術的耐久性與穩定性成為關鍵課題。本次研究成功證明，透過 TFE 添加技術，可顯著提升鈣鈦礦太陽能電池的發電效率與耐久性，為未來太陽能技術的發展提供新的方向。隨著相關技術的進一步優化與商業化，鈣鈦礦太陽能電池有望成為未來綠能產業的核心技術之一。
參考來源：
1.EE Times Japan https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/articles/2501/09/news088.html
2025日本智慧能源週─相約日本東京，共同探索零碳未來
展覽日期與地點：
📍 日期：2025年2月19日（週三）至2月21日（週五）
📍 地點：東京國際展示場（Tokyo Big Sight）South Hall 4
📍展位號碼 ：S22-7
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