大幅延長壽命，美科學家解決鈣鈦礦太陽能關鍵瓶頸

鈣鈦礦太陽能轉換效率高，距離規模商業化差臨門一腳，最近美國科學家便透過「分子膠」結構，有助突破材料不穩定、接面裂化瓶頸，解決鈣鈦礦電池壽命短、效率曇花一現的缺點。

十年來鈣鈦礦太陽能的轉換效率突飛猛進，為備受看好的太陽能材料新星，同時它在太陽能製程方面也頗具優勢，有別於需要昂貴設備與 1,500 °C 製造環境的矽晶太陽能，鈣鈦礦太陽能在室溫即可製造，整體來說製程相對便宜。

結合高效率與易製造，鈣鈦礦太陽能優勢顯著，不過它現在還有許多設計上的缺點待解決——實在太脆弱了，雖說鈣鈦礦太陽能轉換效率高，但是耐用性卻不怎麼樣，使得電池表現有如曇花一現、稍縱即逝，要實現大規模的商業化，仍需解決材料不穩定的問題，以及開發出大面積太陽能電池。

鈣鈦礦太陽能由多層材料構成，溫度變化會讓材料以不同速度膨脹或是收縮，這些機械壓力會導致材料退耦（decouple），而這次美國布朗大學科學家則瞄準最麻煩的地方：吸光層與電子傳輸層的接面，希望能讓兩層材料好好相處不「分手」。

布朗大學團隊認為，吸光層與電子傳輸層的接面是最脆弱的地方，透過矽和碘打造全新自組裝分子膜（self-assembled monolayers，SAMs），或許可以強化這一部分。其中自組裝分子膜為有機分子吸附於金屬表面形成，廣泛應用在製備生物材料、表面物理、化學改質、和製作表面特殊圖樣等。

布朗大學工程教授 Nitin Padture 表示，經由團隊的特殊配方，SAMs 大分子化合物沈積在接面表面時，會自組裝形成一層薄膜、也會像頭髮一樣豎起來，讓 SAMs 能與不同材料的表面牢牢鎖在一起。

團隊指出，實際在接面上導入 SAMs 分子膜後，接面斷裂韌性（Fracture toughness）提高 50%，有效防止裂紋擴展，Padture 認為出，就某方面來說，SAMs 也可以說是種分子膠（molecular glue），有效將兩層材料連接在一起。

團隊發現，由於可藉由 SAMs 消除接面上的缺陷，也稍稍增加鈣鈦礦太陽能的轉換效率，並延長電池壽命。

在使用 1,300 小時候，效率仍能維持初始光電轉換效能 80%，反觀一般的鈣鈦礦太陽能電池，只能維持 700 小時，最終團隊則希望能延長到 4,000 小時。研究第一作者 Zhenghong Dai 表示，我們曾在測試後還有打開太陽能電池——這是別人不曾做過的，看過各種孔洞、裂縫等損壞，但是經過 SAMs 分子膜強化後，接面狀況看起來相當不錯。

Padture 認為，為了製造出更便宜、高效且能正常運作數十年的太陽能電池，這項研究有其必要性。