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        2. 光伏“新秀”鈣鈦礦電池嶄露頭角

          日期:2023-06-21 14:14

                 今年4月,七國集團氣候、能源和環境部長會議發布《聯合聲明》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”引發強烈關注。

            近日,《日本經濟新聞》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,結果發現,在即將實現商用的領域中,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的“游戲規則改變者”。

            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,但其耐用性和穩定性仍需進一步提高。

            下一代技術蓄勢待發

            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,也可堆疊在傳統晶硅太陽能電池之上,形成能吸收更寬太陽光譜的“串聯”電池。

            據美國《華爾街日報》網站近日報道,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/硅串聯太陽能電池的轉換效率高達33.7%,創下世界紀錄。

            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能,重點關注鈣鈦礦/硅疊層電池,這一項目將持續4年,由“歐洲地平線”計劃與瑞士教育、研究和創新秘書處共同資助。

            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年建設一處規模達5吉瓦的鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池“超級工廠”。法蘭西島光伏研究所總經理羅杰·德羅茲多夫斯基-施特雷爾表示,這是一場技術革命,與傳統技術目前可實現的最佳效率相比,它不僅能夠在光伏組件層面實現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公司總經理盧卡斯·韋斯則強調,串聯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年左右將生產規模擴大到10吉瓦。

            耐用性和可靠性亟待完善

            據麻省理工學院(MIT)網站報道,雖然鈣鈦礦顯示出巨大的前景,多家公司已經開始進行商業化生產,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場所替代硅基太陽能電池。


          來源:科技日報

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