一種被稱為“未來(lái)最佳光伏發(fā)電材料”的鈣鈦礦

在現(xiàn)在的生活中，太陽(yáng)能產(chǎn)品處處可見，人們用太陽(yáng)能煮飯，還有太陽(yáng)能熱水器等等，無(wú)處不見太陽(yáng)能產(chǎn)品，當(dāng)然，最重要的還是太陽(yáng)能發(fā)電，但是目前的技術(shù)并不能讓人們很好利用太陽(yáng)能發(fā)電。光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展催生了一代又一代的新技術(shù)。歷經(jīng)幾十年的選擇，單晶硅、多晶硅、薄膜太陽(yáng)能逐漸占領(lǐng)了行業(yè)主流。

而近年來(lái)，一種被稱為“未來(lái)最佳光伏發(fā)電材料”的鈣鈦礦出現(xiàn)在人們的視野中，并迅速成為行業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。

研究發(fā)現(xiàn)，這種新型光伏技術(shù)不僅能夠有效代替晶硅，還能夠全面降低光伏系統(tǒng)造價(jià)，使其低于火電成本。

全球不少國(guó)家對(duì)此表示重視，紛紛加大研發(fā)力度，力推鈣鈦礦的商業(yè)化應(yīng)用。

近日，加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)和中國(guó)組件制造商錦州陽(yáng)光能源有限公司(Solargiga)共同發(fā)布聲明，稱其研究人員通過(guò)在鈣鈦礦層上添加咖啡因，將鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的熱穩(wěn)定性和效率從17%提高至20%。

效率的提高使得鈣鈦礦的商業(yè)化更進(jìn)一步。不少業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)，只需要兩至三年時(shí)間，鈣鈦礦就可以超過(guò)單晶。

最佳光伏發(fā)電材料出現(xiàn)

鈣鈦礦最早出現(xiàn)在2009年，此后，關(guān)于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究便成為了光伏界的熱點(diǎn)話題。

作為一種新型的光伏器件，鈣鈦礦電池具有制備簡(jiǎn)易、材料豐富、光電性能優(yōu)異等特點(diǎn)，被稱為目前已發(fā)現(xiàn)的最佳光伏發(fā)電材料。

與市場(chǎng)上主流的晶硅材料相比，鈣鈦礦的材料結(jié)構(gòu)在制備電池中更加具有優(yōu)勢(shì)。它對(duì)于雜質(zhì)并不敏感，因此對(duì)于純度的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硅料純度。

更為重要的是，鈣鈦礦的原材料和技術(shù)都十分簡(jiǎn)便易得。

目前的晶硅電池和薄膜太陽(yáng)能電池基本上都是特定的一種或幾種材料，而鈣鈦礦電池則是一種化合物電池，有多達(dá)幾萬(wàn)種原材料可供選擇。

此外，相比晶硅電池對(duì)硅料的需求，鈣鈦礦電池對(duì)于原材料的需求也要少得多。一塊72片電池的晶硅組件對(duì)硅的消耗量約為1公斤，而同等面積的鈣鈦礦電池組件只需要鈣鈦礦材料2克左右。

在轉(zhuǎn)換效率提升方面，鈣鈦礦也更具空間。晶硅技術(shù)的效率提升經(jīng)過(guò)了幾十年的時(shí)間，而鈣鈦礦的效率則在短短十年內(nèi)快速提升，目前，鈣鈦礦電池的實(shí)驗(yàn)室效率是中國(guó)科學(xué)院創(chuàng)造的23.7%，超過(guò)了多晶硅、碲化鎘和銅銦鎵硒，僅次于單晶。

一旦技術(shù)取得更大突破，鈣鈦礦將以低于單晶產(chǎn)品一半的成本大規(guī)模應(yīng)用到光伏發(fā)電領(lǐng)域中。屆時(shí)，鈣鈦礦或?qū)⒊蔀樾乱淮墓夥牧稀?/p>

“喝咖啡”的鈣鈦礦新技術(shù)

成熟的鈣鈦礦電池具有超越晶硅材料的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殁}鈦礦技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新一直層出不窮。

近日，在一篇?jiǎng)倓偘l(fā)表的論文中，科學(xué)家們對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率的提高提出了新的方法。

美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程學(xué)院、錦州陽(yáng)光能源公司的研究團(tuán)隊(duì)觀察到，咖啡因中氧原子與鈣鈦礦材料中鉛離子的相互作用，能顯著提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的熱穩(wěn)定性，將轉(zhuǎn)換效率從17%提升到20%。

據(jù)研究人員介紹，他們的靈感正是來(lái)自于喝咖啡可以提神。研究團(tuán)隊(duì)采用加熱的方法將咖啡因添加到40個(gè)太陽(yáng)能電池的鈣鈦礦層中，并使用紅外吸收光譜來(lái)確定咖啡因是否成功地與鈣鈦礦結(jié)合。

結(jié)果顯示，咖啡因中羰基的特征峰發(fā)生了移動(dòng)，這意味著咖啡因已成功與鈣鈦礦結(jié)合。

隨后研究人員觀察發(fā)現(xiàn)，這種“喝過(guò)咖啡”的鈣鈦礦電池輸出功率提高了大約20%。這意味著，咖啡因可以幫助鈣鈦礦提高效率。

實(shí)際上，目前鈣鈦礦電池在實(shí)驗(yàn)室中的效率已經(jīng)與單晶相差無(wú)幾。資料顯示，單晶硅光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄為26%，而鈣鈦礦也已經(jīng)達(dá)到了24%左右。

不少研究者認(rèn)為，按照現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)室效率估算，再過(guò)兩三年，鈣鈦礦將十分有可能超過(guò)單晶。

毫無(wú)疑問(wèn)，鈣鈦礦的出現(xiàn)，對(duì)于光伏行業(yè)來(lái)說(shuō)將是一次新的技術(shù)革命。

鈣鈦礦有望成為光伏新主流技術(shù)

當(dāng)下，全球光伏領(lǐng)域正處于邁入低價(jià)、平價(jià)上網(wǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，而鈣鈦礦作為一種成本低、效率高的新興技術(shù)，將在未來(lái)的轉(zhuǎn)型過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。

在全球范圍內(nèi)，不少公司都不約而同提出了加速鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)。

今年2月份，中國(guó)光伏龍頭企業(yè)協(xié)鑫集團(tuán)旗下蘇州協(xié)鑫納米科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱“協(xié)鑫納米”)表示將計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦光伏組件的商業(yè)化生產(chǎn)。

目前，協(xié)鑫納米擁有一條10MW的試生產(chǎn)線，生產(chǎn)出的鈣鈦礦光伏組件為全球面積最大，同時(shí)也是大面積中效率最高的組件。

憑借領(lǐng)先的技術(shù)水平，協(xié)鑫納米已經(jīng)開始了100MW量產(chǎn)生產(chǎn)線的建設(shè)工作。據(jù)介紹，在現(xiàn)有的技術(shù)水平下，這條100MW的生產(chǎn)線制造的鈣鈦礦組件成本預(yù)計(jì)將低于1元/W。

當(dāng)產(chǎn)能繼續(xù)擴(kuò)大到1000MW以上時(shí)，組件成本將進(jìn)一步下降到0.7元/W。按照這一數(shù)值計(jì)算，光伏系統(tǒng)造價(jià)將低于3元/W，這也意味著光伏系統(tǒng)的發(fā)電成本將顯著低于火電。

眾所周知，光伏行業(yè)已經(jīng)開始逐步過(guò)渡到了平價(jià)上網(wǎng)階段，鈣鈦礦技術(shù)的進(jìn)步將在一定程度上降低光伏系統(tǒng)造價(jià)，推動(dòng)全面平價(jià)上網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)。

目前的鈣鈦礦技術(shù)正在從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)化生產(chǎn)階段，自然也存在著不少技術(shù)難題。但作為全球最受矚目的新興光伏技術(shù)之一，鈣鈦礦的研究正在逐步加深，難題也將迎刃而解。

在全面推動(dòng)平價(jià)上網(wǎng)的當(dāng)下，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，預(yù)計(jì)在未來(lái)的幾年中，鈣鈦礦將成為光伏行業(yè)新的主流技術(shù)。太陽(yáng)能雖然可以產(chǎn)生很大能量，但是現(xiàn)在的技術(shù)還不足以保證人類所有的運(yùn)轉(zhuǎn)，這就需要我們保護(hù)能源，從自己做起，從身邊的點(diǎn)滴做起，節(jié)約能源，是我們?nèi)祟惷恳粋€(gè)人應(yīng)盡的責(zé)任。