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在大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，公司和政府正在研究如何將高性能鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)能技術(shù)擴(kuò)展為商業(yè)可行的電池和組件，他們還沒(méi)有成功。

沙特一所大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室目前保持著33.2%的高效率記錄，但當(dāng)電池變大或在實(shí)驗(yàn)室之外需要量產(chǎn)等其他應(yīng)用條件下，這種高效率并不能始終保持下去。33.2%！鈣鈦礦/硅疊層認(rèn)證效率新紀(jì)錄

(資料圖片僅供參考)

此外，不同鈣鈦礦技術(shù)的測(cè)試規(guī)范以及不同技術(shù)的本身都缺乏統(tǒng)一性和規(guī)范性，并受到過(guò)多的公關(guān)和媒體炒作的影響。

歐洲有許多研究中心和合作機(jī)構(gòu)都在研究這項(xiàng)技術(shù)，中東和亞洲各地的大學(xué)也公布了效率成果。中國(guó)制造商一直也在進(jìn)入這一領(lǐng)域。

本文將著眼于美國(guó)，具體來(lái)說(shuō)，兩家公司向PV Tech Premium介紹了他們的鈣鈦礦研究計(jì)劃，這讓人們對(duì)鈣鈦礦在美國(guó)的商業(yè)化前景既感到樂(lè)觀，又心存疑慮。

未來(lái)之路：技術(shù)開(kāi)發(fā)路線

與硅不同的是，鈣鈦礦可以將一組光線轉(zhuǎn)化為電能，兩者結(jié)合具備了大幅提升太陽(yáng)能光伏發(fā)電效率的潛力。據(jù)太陽(yáng)能行業(yè)部分人士的說(shuō)法，這將徹底改變?nèi)虬l(fā)電的方式。

美國(guó)上游太陽(yáng)能制造商CubicPV或是成功將疊層鈣鈦礦光伏產(chǎn)品制成足夠耐用的商業(yè)產(chǎn)品的公司。CubicPV最近發(fā)布的兩起公告都表明了其疊層電池技術(shù)開(kāi)發(fā)路線的潛力。

第一個(gè)的資金規(guī)模較小，內(nèi)容是CubicPV宣布成為麻省理工學(xué)院（MIT）ADDEPT中心研究人員的行業(yè)合作伙伴，該中心于今年早些時(shí)候由美國(guó)能源部（DOE）資助成立。中心專注于創(chuàng)造穩(wěn)定的、可商業(yè)化轉(zhuǎn)讓的鈣鈦礦疊層組件，并為此獲得了1125萬(wàn)美元資金。

CubicPV首席技術(shù)官Adam Lorenz告訴PV Tech Premium："在麻省理工學(xué)院建立ADDEPT中心的融資是公私領(lǐng)域合作的重要一例，它對(duì)所有研發(fā)工作都至關(guān)重要。"

其他地方也有研究中心和聯(lián)合體；Qcells和Helmhotz-Zentrum Berlin（HZB）去年在歐洲成立了PEPPERONI聯(lián)合體，部分資金來(lái)自歐盟的Horizon Europe研發(fā)基金。

英國(guó)的Oxford PV等私人機(jī)構(gòu)、中東和其他地區(qū)的各種大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)自己的疊層鈣鈦礦方案。上個(gè)月，Qcells宣布向韓國(guó)的一條試驗(yàn)生產(chǎn)線單獨(dú)投資1億美元。

然而，在ADDEPT項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)，Lorenz表示，其功效可能會(huì)有所不同："我們將同時(shí)以穩(wěn)定性、可重復(fù)性和效率為目標(biāo)，而不是用微小的像素設(shè)備追求創(chuàng)紀(jì)錄的效率，然后再試圖穩(wěn)定它們。"

Lorenz在接受PV Tech Premium采訪時(shí)補(bǔ)充說(shuō)："目前，打造穩(wěn)定高效的鈣鈦礦器件層的方法非常耗時(shí)，需要進(jìn)行一輪又一輪的設(shè)計(jì)迭代和測(cè)試。美國(guó)能源部正在通過(guò)資助ADDEPT項(xiàng)目來(lái)幫助解決這一挑戰(zhàn)，ADDEPT引入了一個(gè)由機(jī)器學(xué)習(xí)和高通量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的穩(wěn)定性框架和性能框架。人們期望這可以大大加速重要發(fā)現(xiàn)向商業(yè)制造環(huán)境的轉(zhuǎn)移。"

在最新一輪貿(mào)易展上，尤其是在SNEC和Intersolar Europe會(huì)展中，大型制造商也帶來(lái)了鈣鈦礦疊層電池的展示和講述。值得關(guān)注的是，隆基公司在Intersolar發(fā)布了一款效率為33.5%、2278mm×1134mm的電池。公司稱，其4000人的強(qiáng)大研發(fā)團(tuán)隊(duì)在6個(gè)月內(nèi)將概念變成了現(xiàn)實(shí)。

雖然像隆基這樣的公司的業(yè)務(wù)規(guī)模很大，但CubicPV的第二個(gè)公告或被證明是鈣鈦礦疊層生產(chǎn)首個(gè)真正的酸性測(cè)試。

6月，CubicPV宣布了第一筆1.03億美元的風(fēng)險(xiǎn)投資資金，用于支持其疊層研究和一個(gè)10GW美國(guó)硅片廠的開(kāi)發(fā)。Cubic目前生產(chǎn)p型和n型單晶硅片，但這一設(shè)施計(jì)劃以及公司對(duì)疊層產(chǎn)品生產(chǎn)的明確、公開(kāi)的討論都表明，公司或會(huì)在不久的將來(lái)嘗試實(shí)際生產(chǎn)商業(yè)化鈣鈦礦疊層產(chǎn)品。

到目前為止，CubicPV確已獲得了可靠的支持。最近一輪融資包括比爾-蓋茨創(chuàng)立的Breakthrough Energy Ventures公司和東南亞最大的企業(yè)集團(tuán)之一SCG Group的捐款。另外，CubicPV成立之初的資金包括來(lái)自美國(guó)薄膜制造巨頭First Solar的捐款。

Cubic網(wǎng)站上的董事會(huì)頁(yè)面看起來(lái)也相當(dāng)不錯(cuò)，有First Solar資深人士Bruce Sohn和首席執(zhí)行官Frank Van Mierlo等人的面孔，F(xiàn)rank Van Mierlo此前創(chuàng)立了麻省理工學(xué)院的太陽(yáng)能硅片衍生公司1366 Technologies和Bluefin Robotics，還曾就疊層光伏的未來(lái)發(fā)表過(guò)面向公眾的TED演講。

下一個(gè)節(jié)點(diǎn)

一般來(lái)說(shuō)，硅會(huì)形成疊層電池的底層，不同類型和配置的鈣鈦礦會(huì)沉積在頂部。這兩種材料吸收不同的光波段，因此可以為組件創(chuàng)造更高的整體電力轉(zhuǎn)換效率。

關(guān)于CubicPV對(duì)鈣鈦礦的處理方法，Lorenz表示："Cubic處理硅/鈣鈦礦疊層的方法是專注于最耐用的成分和界面，可以提供長(zhǎng)達(dá)二十多年的、可靠的戶外性能。"

"我們的配對(duì)方法是所謂的四終端或4T設(shè)計(jì)。這種架構(gòu)使我們能夠解耦這兩種材料，解決鈣鈦礦相對(duì)于硅的耐久性差距問(wèn)題。由于沒(méi)有用傳統(tǒng)硅光伏制造參數(shù)限制正面電池，4T設(shè)計(jì)為使鈣鈦礦提供了更大的設(shè)計(jì)自由度。此外，頂部和底部電路仍可以在組件層面上結(jié)合起來(lái)，這為匹配電流密度提供了一個(gè)優(yōu)雅的替代方案。"

鈣鈦礦在面對(duì)光熱時(shí)有迅速衰減的傾向，這一直是工業(yè)規(guī)模開(kāi)發(fā)的主要障礙。一旦擴(kuò)大到更大的區(qū)域或帶出實(shí)驗(yàn)室，在郵票大小的電池上實(shí)現(xiàn)的高效率很快就會(huì)消失。Lorenz表示，CubicPV旨在通過(guò)更嚴(yán)格的測(cè)試來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：

"耐久性仍然是鈣鈦礦行業(yè)最重要的挑戰(zhàn)：大多數(shù)取得的結(jié)果/發(fā)表的文獻(xiàn)都不能代表現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的性能，光和熱的結(jié)合會(huì)導(dǎo)致離子遷移，誘發(fā)衰減機(jī)制。Cubic在耐久性測(cè)試方面更加積極，我們將耐久性與效率同等優(yōu)先考慮。我們的測(cè)試平臺(tái)通過(guò)加速老化測(cè)試進(jìn)行壓力測(cè)試，這些測(cè)試采用與沙漠氣候下的實(shí)地作業(yè)相關(guān)的、至少75°C的高溫和高強(qiáng)度照明條件。"

Cubic認(rèn)為鈣鈦礦的其他利益有哪些？

"鈣鈦礦光伏技術(shù)符合全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，不僅是因?yàn)樗鼈兛墒斋@的光子，而且因?yàn)樯a(chǎn)它們需要更少的嵌入式能源，并且比傳統(tǒng)硅技術(shù)的二氧化碳當(dāng)量更低。此外，它們具有高度的可制造性，意味著很容易使用地球上豐富的原材料進(jìn)行大量制造。"

美國(guó)柔性薄膜太陽(yáng)能公司Ascent Solar的首席執(zhí)行官Paul Warley也說(shuō)了同樣的話："鈣鈦礦的制造成本比傳統(tǒng)薄膜低，這擴(kuò)大了我們的視野。不久后你就可以把它放在屋頂上，這使我們能夠與組件展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。"

Ascent Solar生產(chǎn)柔性和半柔性太陽(yáng)能產(chǎn)品而非傳統(tǒng)組件。公司近期更加關(guān)注鈣鈦礦的開(kāi)發(fā)。其位于科羅拉多州Thornton的基地以前是其制造總部所在地，現(xiàn)在已被改造成"鈣鈦礦中心"。公司希望在柔性薄膜領(lǐng)域開(kāi)發(fā)用于小眾太陽(yáng)能項(xiàng)目的分層鈣鈦礦技術(shù)，例如建筑集成光伏、無(wú)人機(jī)和無(wú)人駕駛飛機(jī)，以及最引人注目的太空旅行。

盲點(diǎn)？

Paul Warley向PV Tech Premium介紹了這個(gè)中心，在收購(gòu)了瑞士薄膜制造商Flisom的生產(chǎn)資產(chǎn)后，該中心成為了一個(gè)可行的選擇?，F(xiàn)在，研究將在科羅拉多州的基地進(jìn)行。

"對(duì)于鈣鈦礦，你可以從電池開(kāi)始，然后一厘米一厘米地移動(dòng)到你想要的大小。我們想要的是9英寸×36英寸或12英寸×36英寸，模仿他們?cè)谔罩械慕M件。"

論點(diǎn)很簡(jiǎn)單：薄膜很輕，鈣鈦礦很高效，所以它適合于需要光和強(qiáng)大資源的太空旅行。除此之外，Ascent幾乎沒(méi)有透露他們?nèi)绾螌?shí)際推進(jìn)疊層研究的計(jì)劃。Warley表示，鈣鈦礦商業(yè)化部署的主要障礙是"讓那些多層次鈣鈦礦[在一個(gè)電池中]與光帶一起工作，此外還有資金獲取。"

公司不愿意對(duì)任何預(yù)測(cè)或未來(lái)計(jì)劃發(fā)表評(píng)論，也沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明在"卓越中心"所做工作的具體內(nèi)容。鈣鈦礦的效率公告和開(kāi)發(fā)計(jì)劃往往聽(tīng)起來(lái)令人印象深刻，但圍繞著測(cè)量效率和商業(yè)化進(jìn)展的跟蹤框架并沒(méi)有得到強(qiáng)制執(zhí)行。

為了解決這個(gè)問(wèn)題并推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的進(jìn)步，F(xiàn)raunhofer ISE最近在歐洲推出了一個(gè)鈣鈦礦測(cè)試系統(tǒng)，旨在提升一致性和跟蹤正在公布的效率，打造真正的競(jìng)爭(zhēng)。Katana項(xiàng)目將把電池置于40多種不同光源的光譜波長(zhǎng)下，這可以把重點(diǎn)放在鈣鈦礦效率評(píng)估上，并在苛刻的條件下準(zhǔn)確測(cè)試它們。

最近，英國(guó)《獨(dú)立報(bào)》的一篇文章稱，鈣鈦礦產(chǎn)品正在中國(guó)的一家初創(chuàng)公司投入生產(chǎn)， "適合商業(yè)用途"，但即使成功，也很可能是小型的邊緣化項(xiàng)目，因規(guī)模太小而無(wú)法對(duì)更大的行業(yè)產(chǎn)生影響。

Lorenz表示，一旦實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，鈣鈦礦疊層組件的首次應(yīng)用可能是在屋頂領(lǐng)域，特別是在系統(tǒng)成本平衡使溢價(jià)效率成為優(yōu)先事項(xiàng)的地區(qū)。除此之外，隨著價(jià)格的下行和可用性的拓展，這項(xiàng)技術(shù)將開(kāi)始出現(xiàn)在大型項(xiàng)目領(lǐng)域。

就像Cubic提供的1.03億美元資金一樣，這是商業(yè)化試水的第一步，這將使公司能夠迅速在美國(guó)開(kāi)發(fā)硅片，隨后推動(dòng)疊層組件的發(fā)展。

"我們相信，這種影響將改變太陽(yáng)能市場(chǎng)，單結(jié)光伏產(chǎn)品在達(dá)到自然法則規(guī)定的效率極限時(shí)會(huì)停滯不前，疊層光伏的引入使這一行業(yè)能夠創(chuàng)造一條新的發(fā)展軌跡以獲得更高的效率，避免這種情況。這反過(guò)來(lái)會(huì)加速太陽(yáng)能的采用，并對(duì)我們擺脫碳基燃料的努力產(chǎn)生重大影響。"

如果美國(guó)要成為鈣鈦礦商業(yè)化之地，那么CubicPV似乎是一個(gè)可能的候選。Lorenz談到美國(guó)的疊層研究環(huán)境時(shí)表示："美國(guó)有一個(gè)強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)有許多公司正在進(jìn)行疊層創(chuàng)新。此外，由于引入門(mén)檻低，學(xué)術(shù)界的參與度很高，有很多大學(xué)都在積極進(jìn)行鈣鈦礦研發(fā)?！?/p>

"我們的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，如NREL，也專注于這項(xiàng)技術(shù)并獲得了深入了解。毫無(wú)疑問(wèn)，美國(guó)政府已經(jīng)認(rèn)識(shí)到鈣鈦礦的潛力，提供了幾十項(xiàng)撥款來(lái)推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)。然而，投資水平并不像我們?cè)跉W洲和中國(guó)看到的那樣顯著。"

最終，商業(yè)化鈣鈦礦將以某種方式出現(xiàn)在光伏產(chǎn)業(yè)中。PV Tech的新聞部門(mén)看到，近幾個(gè)月來(lái)，與鈣鈦礦有關(guān)的報(bào)道越來(lái)越頻繁，如果中國(guó)的大公司不先下手為強(qiáng)，CubicPV很可能成為其中的佼佼者。