科學家的故事：新材料太陽能電池
【明報專訊】隨着人類對綠色能源的需求逐漸增加，不少科學家正努力研究如何提高太陽能電池的效能。香港青年科學院院士、香港中文大學物理學系副教授路新慧博士分享她的科研故事，介紹她在新一代太陽能電池——有機和鈣鈦礦太陽能電池(organic and perovskite solar cells)的基礎研究。
1. 我的研究之路
路新慧博士在美國耶魯大學修讀博士期間，主要集中研究利用Ｘ射線探測玻璃體結構動力學；成為博士後研究員後，決心跟隨「師父」Dr. Ben Ocko，踏足薄膜太陽能電池領域，專注於研究薄膜太陽能電池的結構表徵及機理，以便理解微觀結構為何能影響宏觀的太陽能器件的性能。
2. 有機和鈣鈦礦太陽能電池
一直以來，太陽能電池以矽晶為主要的材料，但近年太陽能技術發展一日千里，有科學家發現新的吸光材料，例如「有機」(organic)、「鈣鈦礦」(perovskite)。它們的吸光效率高，在吸收光子後可以很快地分離成電子與電洞，並將它們傳送到電極，產生電流。與傳統的矽晶相比，有機和鈣鈦礦太陽能電池的製作過程相對簡單，只需將溶液塗佈成薄膜，且不受環境局限，毋須在真空環境中製作。很多科學家深信，有機和鈣鈦礦是有潛力發展成發電和儲能的重要媒介。
3. 從分子結構研究電池效率
有機和鈣鈦礦太陽能電池是依靠半導體薄膜活性層來收集太陽能，若要提升電池的效能，就要從其薄膜入手，研究它們的微觀結構。路博士和團隊正努力進行這方面的基礎研究，利用先進的同步輻射Ｘ射線和中子來探測薄膜的微觀結構。研究發現只要微觀分子堆疊有序及整齊，例如晶體結構，電荷便會「跑得比較快」，微觀分子的堆疊的方向也能影響薄膜中的電荷遷移率，從而影響太陽能電池的效能。
4. 科研結果不是唯一的答案
科研過程猶如逐一拆解難題，充滿挑戰！雖然研究結果未必是唯一的答案，但總會有意想不到的新發現。路新慧博士期望，通過這些基礎研究結果，可幫助或啟發更多科研人員，共同推進研發新型太陽能電池，甚至是其他科學領域的發展，將新型太陽能電池應用在日常生活中，例如做出各種顏色的太陽能電池玻璃、製成太陽能電池手袋和衣服等，為綠色能源的發展作出貢獻。
文、圖：香港青年科學院
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[常識學堂 第300期]
