▲圖為Evolar公司利用PV Power Booster蒸發(fā)技術(shù)涂覆鈣鈦礦薄膜層。Evolar公司/圖
一直以來(lái),電池轉(zhuǎn)化效率都是影響太陽(yáng)能發(fā)電效率的主要因素,鑒于鈣鈦礦的復(fù)合氧化物具有獨(dú)特晶體結(jié)構(gòu),可顯著提高太陽(yáng)能電池效率,圍繞鈣鈦礦展開(kāi)的太陽(yáng)能電池研發(fā)如火如荼。6月22日,新加坡國(guó)立大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)宣布,其在有效面積為1平方厘米的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池板上實(shí)現(xiàn)了24.35%的轉(zhuǎn)換效率,打破此前23.7%的世界紀(jì)錄。
新型吸光材料物美價(jià)廉
據(jù)了解,當(dāng)前大部分太陽(yáng)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(yáng)光譜中的一小部分,后者成本過(guò)高且會(huì)給環(huán)境帶來(lái)負(fù)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(yīng)用場(chǎng)景等優(yōu)勢(shì)被視為太陽(yáng)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(shù),可以在陽(yáng)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(chǎn)比硅電池更具可持續(xù)性。去除硅中雜質(zhì)需要高溫和大量能量,會(huì)產(chǎn)生大量碳排放,對(duì)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(chǎn)成本相對(duì)較低。
斯坦福大學(xué)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(yáng)能電池板,還可以用于室內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)電源設(shè)備,即使在弱光照下也能工作。
美國(guó)CNBC新聞網(wǎng)指出,相較于標(biāo)準(zhǔn)商用硅基電池21%的效率,目前僅以鈣鈦礦為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)室鈣鈦礦電池效率已經(jīng)達(dá)到25.7%,而與硅結(jié)合的鈣鈦礦-硅串聯(lián)電池效率甚至高達(dá)31.25%。
“鈣鈦礦+硅”效率更高
隆基綠能日前宣布,經(jīng)歐洲太陽(yáng)能測(cè)試機(jī)構(gòu)ESTI權(quán)威認(rèn)證,其在商業(yè)級(jí)絨面CZ硅片上實(shí)現(xiàn)晶硅-鈣鈦礦疊層電池33.5%的轉(zhuǎn)換效率。這是迄今全球范圍內(nèi)商業(yè)級(jí)CZ硅片的晶硅-鈣鈦礦疊層電池最高效率。
美國(guó)太陽(yáng)能設(shè)備制造商CubicPV公司自2019年以來(lái)一直在開(kāi)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(dá)30%。
CubicPV公司首席執(zhí)行官弗蘭克·范米洛表示:“我們的優(yōu)勢(shì)在于低成本制造方法,這使得產(chǎn)品具有經(jīng)濟(jì)性。鈣鈦礦電池可以從太陽(yáng)中提取更多能量,相信未來(lái)10年,整個(gè)行業(yè)都將轉(zhuǎn)向串聯(lián)。”
英國(guó)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制造商牛津光伏公司也在生產(chǎn)鈣鈦礦-硅串聯(lián)電池,并聲稱(chēng)自己的串聯(lián)電池效率可達(dá)28%,接下來(lái)將開(kāi)發(fā)一種效率達(dá)37%的多層電池。牛津光伏公司表示,因?yàn)榇?lián)電池提供更高的能量密度,最初價(jià)格將高于傳統(tǒng)硅基電池,但從整個(gè)使用壽命期間來(lái)看,其頗具經(jīng)濟(jì)效益。
加州理工學(xué)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(guò),鈣鈦礦電池在進(jìn)入市場(chǎng)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(xué)太陽(yáng)能電池研究員馬丁·格林表示:“最大問(wèn)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(jù)公開(kāi)數(shù)據(jù),這種串聯(lián)電池即使被仔細(xì)封裝,也只能在戶外保存幾個(gè)月。”
對(duì)此,牛津光伏公司首席技術(shù)官克里斯·凱斯表示,其鈣鈦礦-硅串聯(lián)電池示范版本通過(guò)了預(yù)測(cè)太陽(yáng)能組件使用壽命的加速壓力測(cè)試,設(shè)計(jì)壽命可達(dá)到25年至30年。
歐洲鈣鈦礦科技公司Evolar于去年對(duì)其封裝、半透明獨(dú)立鈣鈦礦模塊展開(kāi)可靠性測(cè)試。結(jié)果表明,如果部署在室外,這些電池可以使用長(zhǎng)達(dá)25年。值得一提的是,美國(guó)最大太陽(yáng)能公司第一太陽(yáng)能日前以3800萬(wàn)美元價(jià)格收購(gòu)了Evolar公司,旨在助推其鈣鈦礦電池技術(shù)商業(yè)化。
據(jù)了解,Evolar公司利用獨(dú)特的蒸發(fā)技術(shù)涂覆鈣鈦礦薄膜層,可實(shí)現(xiàn)以最低成本將電池能量提高25%。同時(shí),該公司還在開(kāi)展鈣鈦礦電池生產(chǎn)線的商業(yè)化推廣,該生產(chǎn)線可以無(wú)縫集成到硅生產(chǎn)線中,作為串聯(lián)電池生產(chǎn)升級(jí)。
美國(guó)CNBC新聞網(wǎng)報(bào)道稱(chēng),目前,全球多家企業(yè)都在嘗試鈣鈦礦電池商業(yè)化生產(chǎn)。今年初,日本積水化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社和日本電信電話株式會(huì)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(guò)一年時(shí)間測(cè)試其性能;松下公司則發(fā)明了一種噴墨打印機(jī),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(yáng)臺(tái)和其他表面的普通玻璃上。
日本桐蔭橫濱大學(xué)光電化學(xué)與能源教授宮坂力表示,到2030年,預(yù)計(jì)以鈣鈦礦為基礎(chǔ)的電池將占太陽(yáng)能電池市場(chǎng)一半以上。
原標(biāo)題:鈣鈦礦電池研發(fā)升溫,預(yù)計(jì)2030年將占太陽(yáng)能電池市場(chǎng)一半以上