科技日報記者?劉霞

今年4月，七國集團氣候、能源和環(huán)境部長會議發(fā)布《聯(lián)合聲明》稱，將“推進鈣鈦礦太陽能電池等領域的技術革新”，鈣鈦礦太陽能電池這一能源領域的“新秀”引發(fā)強烈關注。

鈣鈦礦太陽能電池
圖片來源：美國國家可再生能源實驗室

近日，《日本經(jīng)濟新聞》也集結部分專家，對太陽能、風能、核電、二氧化碳回收等5個領域備受矚目的11項脫碳技術的普及程度進行了評估，結果發(fā)現(xiàn)，在即將實現(xiàn)商用的領域中，最引人關注的是下一代太陽能電池——鈣鈦礦電池，其可能成為能源行業(yè)的“游戲規(guī)則改變者”。

專家指出，鈣鈦礦太陽能電池憑借高效率、低成本、低能耗、應用場景豐富等特點，在降低光伏成本革命中備受關注，但其耐用性和穩(wěn)定性仍需進一步提高。

下一代技術蓄勢待發(fā)

2013年，《科學》雜志評選十大突破，鈣鈦礦太陽能電池入選，被稱為最有前景的下一代光伏技術。

《日本經(jīng)濟新聞》在報道中指出，當前，鈣鈦礦電池主要有單結鈣鈦礦電池和疊層鈣鈦礦電池。疊層鈣鈦礦電池指鈣鈦礦層可堆疊在彼此之上，也可堆疊在傳統(tǒng)晶硅太陽能電池之上，形成能吸收更寬太陽光譜的“串聯(lián)”電池。

據(jù)美國《華爾街日報》網(wǎng)站近日報道，單結鈣鈦礦電池的理論轉換效率可達33%，而鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的理論轉化效率可達43%，都超過單晶硅電池29.4%的理論轉換效率。今年6月，阿卜杜拉國王科技大學稱，該校研制的鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池的轉換效率高達33.7%，創(chuàng)下世界紀錄。

此外，鈣鈦礦電池還具有輕、薄、可彎曲等特點，可鋪設在傳統(tǒng)硅基電池無法覆蓋的墻壁表面或列車車頂，操作工序十分簡單，且價格幾乎減半。東京大學教授瀨川浩司的測算顯示，到2030年日本鈣鈦礦電池覆蓋的面積最大可達470平方公里，發(fā)電能力為600萬千瓦，相當于6個核電站。

法蘭西島光伏研究所項目總監(jiān)格雷戈里·馬克表示，鈣鈦礦層比硅層薄很多，使用的材料減為約1/100。而且，這些材料可在較低的溫度下加工，從而節(jié)省能源、減少排放。

引國際投資熱潮

在全球脫碳浪潮下，硅基電池的性能正在接近其理論極限，鈣鈦礦太陽能技術已成為眾多企業(yè)眼中的“香餑餑”。

歐洲PEPPERONI項目于去年11月1日啟動，旨在推進歐洲大陸的疊層太陽能光伏電池的制造和產(chǎn)能，重點關注鈣鈦礦/硅疊層電池，這一項目將持續(xù)4年，由“歐洲地平線”計劃與瑞士教育、研究和創(chuàng)新秘書處共同資助。

法國光伏組件商Voltec Solar和法蘭西島光伏研究所合作，計劃到2030年建設一處規(guī)模達5吉瓦的鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池“超級工廠”。法蘭西島光伏研究所總經(jīng)理羅杰·德羅茲多夫斯基-施特雷爾表示，這是一場技術革命，與傳統(tǒng)技術目前可實現(xiàn)的最佳效率相比，它不僅能夠在光伏組件層面實現(xiàn)30%的效率，還能通過利用回收材料，減少能耗和材料消耗。Voltec Solar公司總經(jīng)理盧卡斯·韋斯則強調(diào)，串聯(lián)技術將是未來十年的主導光伏技術。

英國牛津光伏公司計劃今年推出其商用鈣鈦礦/硅疊層電池，預計轉換效率為27%。該公司也計劃在德國柏林附近擴建其試點工廠，并在2030年左右將生產(chǎn)規(guī)模擴大到10吉瓦。

耐用性和可靠性亟待完善

據(jù)麻省理工學院（MIT）網(wǎng)站報道，雖然鈣鈦礦顯示出巨大的前景，多家公司已經(jīng)開始進行商業(yè)化生產(chǎn)，但耐用性仍然是其面臨的最大障礙。硅太陽能電池板在使用25年后，仍能保持25%的功率輸出，但鈣鈦礦電池下降得很快。

不過，科學家們已經(jīng)取得重大進展：鈣鈦礦太陽能電池的“壽命”從最初的幾小時，增加到幾周、幾個月，最新“出爐”電池的使用壽命可長達幾年。

澳大利亞新南威爾士大學工程學教授馬丁·格林表示，鈣鈦礦制造商需要證明電池板的使用壽命為25—30年，這是行業(yè)標準。牛津光伏公司首席技術官克里斯·凱斯稱，該公司已將其鈣鈦礦/硅疊層電池設計為達到或超過25年的使用壽命。

MIT光伏研究實驗室負責人托尼奧·博納西西指出，鈣鈦礦的一個優(yōu)點是它們在實驗室中相對容易制造，其化學成分很容易組裝，但材料在室溫下容易結合在一起，也容易分開。

為解決這一問題，有些研究人員使用各種保護材料來封裝鈣鈦礦，使其免受空氣和潮濕的影響。

博納西西參與的一項研究表明，一旦鈣鈦礦的使用壽命超過10年，加上其制造成本低廉，就能在很多大型公用事業(yè)場所替代硅基太陽能電池。