一種被稱為“未來最佳光伏發(fā)電材料”的鈣鈦礦

在現(xiàn)在的生活中，太陽能產(chǎn)品處處可見，人們用太陽能煮飯，還有太陽能熱水器等等，無處不見太陽能產(chǎn)品，當然，最重要的還是太陽能發(fā)電，但是目前的技術(shù)并不能讓人們很好利用太陽能發(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、薄膜太陽能逐漸占領(lǐng)了行業(yè)主流。

而近年來，一種被稱為“未來最佳光伏發(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。

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，使其低于火電成本。

全球不少國家對此表示重視，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)和中國組件制造商錦州陽光能源有限公司(Solargiga)共同發(fā)布聲明，稱其研究人員通過在鈣鈦礦層上添加咖啡因，將鈣鈦礦太陽能電池的熱穩(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)化更進一步。不少業(yè)內(nèi)人士預(yù)計，只需要兩至三年時間，鈣鈦礦就可以超過單晶。

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)于鈣鈦礦太陽能電池的研究便成為了光伏界的熱點話題。

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

與市場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。它對于雜質(zhì)并不敏感，因此對于純度的要求遠遠低于硅料純度。

更為重要的是，鈣鈦礦的原材料和技術(shù)都十分簡便易得。

目前的晶硅電池和薄膜太陽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，有多達幾萬種原材料可供選擇。

此外，相比晶硅電池對硅料的需求，鈣鈦礦電池對于原材料的需求也要少得多。一塊72片電池的晶硅組件對硅的消耗量約為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)過了幾十年的時間，而鈣鈦礦的效率則在短短十年內(nèi)快速提升，目前，鈣鈦礦電池的實驗室效率是中國科學(xué)院創(chuàng)造的23.7%，超過了多晶硅、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，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，因為鈣鈦礦技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新一直層出不窮。

近日，在一篇剛剛發(fā)表的論文中，科學(xué)家們對鈣鈦礦太陽能電池效率的提高提出了新的方法。

美國加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程學(xué)院、錦州陽光能源公司的研究團隊觀察到，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，他們的靈感正是來自于喝咖啡可以提神。研究團隊采用加熱的方法將咖啡因添加到40個太陽能電池的鈣鈦礦層中，并使用紅外吸收光譜來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，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。

實際上，目前鈣鈦礦電池在實驗室中的效率已經(jīng)與單晶相差無幾。資料顯示，單晶硅光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀錄為26%，而鈣鈦礦也已經(jīng)達到了24%左右。

不少研究者認為，按照現(xiàn)在的實驗室效率估算，再過兩三年，鈣鈦礦將十分有可能超過單晶。

毫無疑問，鈣鈦礦的出現(xiàn)，對于光伏行業(yè)來說將是一次新的技術(shù)革命。

鈣鈦礦有望成為光伏新主流技術(shù)

當下，全球光伏領(lǐng)域正處于邁入低價、平價上網(wǎng)的關(guān)鍵時期，而鈣鈦礦作為一種成本低、效率高的新興技術(shù)，將在未來的轉(zhuǎn)型過程中發(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。

今年2月份，中國光伏龍頭企業(yè)協(xié)鑫集團旗下蘇州協(xié)鑫納米科技有限公司(以下簡稱“協(xié)鑫納米”)表示將計劃在2020年實現(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)計將低于1元/W。

當產(chǎn)能繼續(xù)擴大到1000MW以上時，組件成本將進一步下降到0.7元/W。按照這一數(shù)值計算，光伏系統(tǒng)造價將低于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)開始逐步過渡到了平價上網(wǎng)階段，鈣鈦礦技術(shù)的進步將在一定程度上降低光伏系統(tǒng)造價，推動全面平價上網(wǎng)時代的到來。

目前的鈣鈦礦技術(shù)正在從實驗室走向商業(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。

在全面推動平價上網(wǎng)的當下，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化的時機已經(jīng)成熟，預(yù)計在未來的幾年中，鈣鈦礦將成為光伏行業(yè)新的主流技術(shù)。太陽能雖然可以產(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轉(zhuǎn)，這就需要我們保護能源，從自己做起，從身邊的點滴做起，節(jié)約能源，是我們?nèi)祟惷恳粋€人應(yīng)盡的責(zé)任。