鈣鈦礦太陽能電池新突破!1分鐘可產12米,大規模製造指日可待

2020-11-29 界面新聞

文 | 財聯社 黃君芝

迄今為止，儘管鈣鈦礦太陽能電池在效率方面正迅速趕上它的「矽前輩」，但在生產速度方面它們仍遠遠落後。不過現在，史丹福大學的研究人員開發了一種製造鈣鈦礦太陽能電池的新方法，其速度可達每分鐘40英尺（12米），甚至比製造矽太陽能電池還快。

數十年來，矽一直主宰著太陽能電池市場，但近年來，其寶座有被奪走的危險。其中增長最快的新產品當屬鈣鈦礦，其效率從2009年的不到4%上升到今年早些時候的20%，接近矽25%的長期記錄。而且它的生產成本也可能更低、更節能。

當然，鈣鈦礦並不是完美的。它遠不如矽那麼穩定，生產過程中不僅需要手工操作還會經常會出現缺陷，導致電池在元素中降解得更快，因此難以大規模製造。而且目前製作的鈣鈦礦電池通常都因尺寸太小（通常只有指甲大小）而無法使用，但若將尺寸放大，則會產生缺陷，降低電池效率。此外，與剛性矽電池不同的是，剛性矽電池可以持續20到30年，而薄膜鈣鈦礦在暴露於熱和溼氣中時最終會退化降解。

不過現在，史丹福大學的研究人員聲稱已經開發出了一種生產穩定鈣鈦礦電池的超快方法，並將它們組裝成太陽能模塊，可以為設備、建築物甚至電網供電。研究人員自豪地表示，「這項工作為鈣鈦礦製造提供了一個新的裡程碑，它解決了多年來阻礙大規模製造的最大障礙。」

具體而言，該研究團隊使用了他們最近發明的一項專利技術，稱為快速噴淋等離子工藝。這項技術使用一個帶有兩個噴嘴的機器人來快速生產鈣鈦礦薄膜。一個噴嘴將鈣鈦礦化學前體的液態溶液噴塗到玻璃板上，而另一個噴嘴則釋放出帶有等離子體的液體，從而迅速將其轉變成一層鈣鈦礦薄膜。

該團隊表示，通過這種方法，鈣鈦礦膜可以以每分鐘40英尺的速度生成。此外，它的生產成本也應該很會更低。據研究人員估計，製造這種模塊的成本大約為每平方英尺（0.09平方米）0.25美元，大約是矽材料價格的十分之一。

「我們實現了所有太陽能技術中最高的生產量，」該研究的論文合著者Nick Rolston說，「你可以想像把大的玻璃面板放在滾輪上，然後以前所未有的速度不斷地生產出一層層鈣鈦礦。」

此外，最終產品的效率也相當可觀，約為18%，且連續使用5個月後，模塊的效率仍可達到15.5%。該團隊還表示，鈣鈦礦下一個要面臨的主要障礙是找到確保電池持續時間提高的方法。

「如果我們能建造一個可以使用30年的鈣鈦礦模塊，我們就能把電力成本降低到每千瓦時2美分以下。」Rolston表示，「在這個價格下，我們可以將鈣鈦礦用於公用事業規模的能源生產。例如，一個100兆瓦的太陽能發電廠。」

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