日本桐蔭橫濱大學光電化學與能源教授宮坂力表示，到2030年，預計以鈣鈦礦為基礎的電池將占太陽能電池市場一半以上。

一直以來，電池轉化效率都是影響太陽能發(fā)電效率的主要因素，鑒于鈣鈦礦的復合氧化物具有獨特晶體結構，可顯著提高太陽能電池效率，圍繞鈣鈦礦展開的太陽能電池研發(fā)如火如荼。6月22日，新加坡國立大學研究團隊宣布，其在有效面積為1平方厘米的鈣鈦礦太陽能電池板上實現(xiàn)了24.35%的轉換效率，打破此前23.7%的世界紀錄。

新型吸光材料物美價廉

據了解，當前大部分太陽能電池板采用傳統(tǒng)硅基和碲化鎘薄膜，前者只能吸收太陽光譜中的一小部分，后者成本過高且會給環(huán)境帶來負面影響。

作為一種新型吸光材料，鈣鈦礦以高效率、低成本、低能耗、多應用場景等優(yōu)勢被視為太陽能電池最具潛力的材料選擇。由鈣鈦礦制成的電池具有更高吸收系數，可以在陽光光譜上捕獲更大范圍的光子能量，從而提供更多能量。

鈣鈦礦電池生產比硅電池更具可持續(xù)性。去除硅中雜質需要高溫和大量能量，會產生大量碳排放，對尺寸還有一定要求；而鈣鈦礦電池非常薄，可以涂漆或噴涂在表面，生產成本相對較低。

斯坦福大學分析顯示，鈣鈦礦組件制造成本僅為每平方英尺0.25美元，而同等條件的硅組件制造成本約為每平方英尺2.5美元。

鈣鈦礦電池不僅可以用于室外太陽能電池板，還可以用于室內物聯(lián)網電源設備，即使在弱光照下也能工作。

美國CNBC新聞網指出，相較于標準商用硅基電池21%的效率，目前僅以鈣鈦礦為基礎的實驗室鈣鈦礦電池效率已經達到25.7%，而與硅結合的鈣鈦礦-硅串聯(lián)電池效率甚至高達31.25%。

“鈣鈦礦+硅”效率更高

隆基綠能日前宣布，經歐洲太陽能測試機構ESTI權威認證，其在商業(yè)級絨面CZ硅片上實現(xiàn)晶硅-鈣鈦礦疊層電池33.5%的轉換效率。這是迄今全球范圍內商業(yè)級CZ硅片的晶硅-鈣鈦礦疊層電池最高效率。

美國太陽能設備制造商CubicPV公司自2019年以來一直在開發(fā)鈣鈦礦-硅串聯(lián)電池，其由底部硅層和頂部鈣鈦礦層組成，效率可達30%。

CubicPV公司首席執(zhí)行官弗蘭克*范米洛表示：“我們的優(yōu)勢在于低成本制造方法，這使得產品具有經濟性。鈣鈦礦電池可以從太陽中提取更多能量，相信未來10年，整個行業(yè)都將轉向串聯(lián)。”

英國鈣鈦礦太陽能電池制造商牛津光伏公司也在生產鈣鈦礦-硅串聯(lián)電池，并聲稱自己的串聯(lián)電池效率可達28%，接下來將開發(fā)一種效率達37%的多層電池。牛津光伏公司表示，因為串聯(lián)電池提供更高的能量密度，最初價格將高于傳統(tǒng)硅基電池，但從整個使用壽命期間來看，其頗具經濟效益。

加州理工學院衍生公司Caelux也致力于將串聯(lián)電池商業(yè)化,目前正在與硅基組件公司合作，在傳統(tǒng)組件上添加一層鈣鈦礦玻璃，以將效率提高30%或更多。

商業(yè)化面臨諸多挑戰(zhàn)

不過，鈣鈦礦電池在進入市場之前，還面臨成本、耐用性和環(huán)保性的挑戰(zhàn)。

澳大利亞新南威爾士大學太陽能電池研究員馬丁*格林表示：“最大問題是鈣鈦礦-硅串聯(lián)電池是否具有商業(yè)可行所需的穩(wěn)定性。根據公開數據，這種串聯(lián)電池即使被仔細封裝，也只能在戶外保存幾個月。”

對此，牛津光伏公司首席技術官克里斯*凱斯表示，其鈣鈦礦-硅串聯(lián)電池示范版本通過了預測太陽能組件使用壽命的加速壓力測試，設計壽命可達到25年至30年。

歐洲鈣鈦礦科技公司Evolar于去年對其封裝、半透明獨立鈣鈦礦模塊展開可靠性測試。結果表明，如果部署在室外，這些電池可以使用長達25年。值得一提的是，美國最大太陽能公司第一太陽能日前以3800萬美元價格收購了Evolar公司，旨在助推其鈣鈦礦電池技術商業(yè)化。

據了解，Evolar公司利用獨特的蒸發(fā)技術涂覆鈣鈦礦薄膜層，可實現(xiàn)以最低成本將電池能量提高25%。同時，該公司還在開展鈣鈦礦電池生產線的商業(yè)化推廣，該生產線可以無縫集成到硅生產線中，作為串聯(lián)電池生產升級。

美國CNBC新聞網報道稱，目前，全球多家企業(yè)都在嘗試鈣鈦礦電池商業(yè)化生產。今年初，日本積水化學工業(yè)株式會社和日本電信電話株式會社子公司NTT Data在東京和大阪建筑物外部安裝了鈣鈦礦電池，旨在通過一年時間測試其性能；松下公司則發(fā)明了一種噴墨打印機，可以打印出各種尺寸和形狀的不透明鈣鈦礦電池，可安裝在窗戶、墻壁、陽臺和其他表面的普通玻璃上。

日本桐蔭橫濱大學光電化學與能源教授宮坂力表示，到2030年，預計以鈣鈦礦為基礎的電池將占太陽能電池市場一半以上。

作者：王林 來源：中國能源報 責任編輯：jianping