奈米粒子突破：讓太陽能「聖杯」觸手可及

科學家們近日取得了一項重大突破，開發出一種既便宜又靈活的太陽能電池，其使用壽命是同型別電池的近十倍。這項進展有望在未來徹底改變太陽能發電的格局。

被譽為太陽能「聖杯」的鈣鈦礦電池，提供了一種輕量化的替代方案，與傳統的矽基太陽能技術相比，成本更低且更具靈活性。其可彎曲的特性使其能夠以可印刷層的形式應用於汽車和手機上，實現隨時隨地的充電功能。

然而，鈣鈦礦電池並非完美無缺。它們存在一個致命缺陷：由於與空氣中的水分發生化學反應，導致碘元素洩漏，電池會迅速退化。這使得其商業化應用一直面臨巨大挑戰。

如今，研究團隊找到了解決這一問題的方法。他們在鈣鈦礦電池中嵌入奈米粒子，成功製造出一種新型電池，其使用壽命達到1,530小時，比之前的鈣鈦礦太陽能電池設計提高了近十倍。這項研究成果已於2月20日發表在《EES Solar》期刊上。

「透過解決鈣鈦礦太陽能技術的常見挑戰，我們的研究為更便宜、更高效且更廣泛應用的太陽能開啟了大門，」英國薩裡大學先進技術研究所的工程研究員、研究合著者伊馬爾卡·賈亞瓦德納在一份宣告中表示。「我們在這裡取得的成果是開發高效能太陽能電池的關鍵一步，這些電池能夠承受真實世界的條件——讓我們更接近其全球規模的商業應用。」

作為增長最快且最便宜的可再生能源形式，太陽能是減少溫室氣體排放的關鍵。然而，該技術的發展受到其對矽的依賴的阻礙，矽是一種有限且不可再生的資源，其純化形式生產成本高昂。

為瞭解決這一瓶頸，科學家們致力於開發鈣鈦礦替代品——一種天然存在的鈦酸鈣晶體的合成版本，其製造成本僅為矽電池的一小部分。但與可使用數十年的純矽電池不同，鈣鈦礦太陽能電池的使用壽命僅為100小時左右，這極大地限制了其應用。

在這項新研究中，科學家們尋找了一種方法來捕獲從鈣鈦礦中洩漏的碘。他們的解決方案是在製造過程中將氧化鋁奈米粒子嵌入電池中。這不僅防止了碘的洩漏，還創造了更均勻且導電性更強的結構。

在極端高溫和濕度條件下測試這些電池後，研究人員發現，改良後的電池在超過兩個月（1,530小時）的時間內保持了高效能，這比未增強鈣鈦礦電池的160小時壽命有了顯著提升。

研究人員計劃繼續研究他們的新技術，看看這些成果是否可以進一步提升。「十年前，鈣鈦礦太陽能電池在真實世界條件下使用這麼長時間的想法似乎遙不可及，」先進技術研究所的研究員、研究主要作者雜湊尼·佩雷拉在宣告中表示。「隨著這些改進，我們在穩定性和效能方面開闢了新天地，使鈣鈦礦技術更接近成為主流能源解決方案。」