材料系林金福教授與凝態中心王立義教授合作團隊研究成果刊登頂尖期刊《Energy & Environmental Science》封底

材料系林金福教授與本校凝態中心王立義教授合作團隊研究鈣鈦鑛太陽能電池的長效性。利用蒙脫土(黏土的一種)，將之脫層形成奈米片後加入CH3NH3PbI3鈣鈦鑛溶液。當鈣鈦鑛溶液塗佈在基板產生結晶時，蒙脫土奈米片會被排擠到鈣鈦鑛晶粒表層，以離子鍵形成有效的保護殼，藉以防止濕氣，光和熱等環境因子對鈣鈦鑛吸光層的破壞。僅以0.01%蒙脫土奈米片添加量製作的太陽能電池，光電轉化效率可達17.29%，而且未經封裝處理的太陽能電池，在實驗室大氣環境下放置半年，效率仍未見改變。研究成果刊登於2019年4月《Energy & Environmental Science》頂尖期刊並獲選為該期封底。根據維基百科報導《Energy & Environmental Science》在2017年化工、能源和環境科學三種學術期刊論文的SCI值均排名第一。

鈣鈦鑛太陽能電池的研究最近十年受到學術界和科技界廣泛重視，光電轉化效率已從最初報導的3.8%提升到23.7%，足以譬美多晶矽太陽能電池、GICS和CdTe薄膜太陽能電池。由於材料便宜，製程相對簡單，鈣鈦鑛太陽能電池已被認為是下一世代最有發展潛力的太陽能電池。然而目前商業化最大的瓶頸是電池穩定性、長效性和大規模生產等相關問題亟待克服。

林金福教授實驗室研究蒙脫土多年，擁有多項脫層蒙脫土的專利。此次利用DLVO理論証明蒙脫土吸水膨脹後，層間的陽離子會解離出來，層與層之間帶負電排斥力，只須利用超音波振盪一星期就可以將大部份蒙脫土脫層。單層蒙脫土片厚度僅約1奈米，長和寬各約300奈米，解離後帶負電我們稱之為兩度空間(或片狀)電解質。脫層後的蒙脫土加入鈣鈦鑛溶液，會與鈣鈦鑛成份中的甲基胺產生很強的離子鍵。當蒙脫土奈米片被排擠到鈣鈦鑛晶粒表層，不但形成有效的保護殼而且有助於鈣鈦鑛結晶成長為較大的晶粒，增加光電子的傳輸效能。以0.01%蒙脫土奈米片添加量製作的太陽能電池，光電轉化效率由16.65%提升到17.29%。本研究成果不但已經提出申請專利，而且研究團隊也持續開發具長效性電子和電洞傳導層材料和大面積鈣鈦鑛太陽能電池元件的製作。