鈣鈦礦技術(shù)具有可擴(kuò)展性 但仍然存在關(guān)于最佳方法的問題

據(jù)能源部國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的研究人員稱，隨著鈣鈦礦太陽能電池設(shè)定效率記錄并使新生技術(shù)變得更加穩(wěn)定，另一個(gè)主要挑戰(zhàn)仍然是可擴(kuò)展性問題。

“這是可擴(kuò)展的，”NREL的材料科學(xué)研究員Kai Zhu說。“我們只需要大規(guī)模展示效率和產(chǎn)量，將技術(shù)推向?qū)嶒?yàn)室之外。”

作為一份名為“可伸縮制造鈣鈦礦太陽能電池”的新自然評論材料論文的主要作者，朱和他在NREL的同事們回顧了將鈣鈦礦從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到屋頂?shù)呐?。Zhen Li，Talysa Klein，Dong Hoe Kim，Mengjin Yang，Joseph Berry和Maikel van Hest是合著者。

目前市場上的大多數(shù)太陽能電池板都是由硅制成，但鈣鈦礦太陽能電池有可能加速美國光伏(PV)制造的發(fā)展，因?yàn)樗鼈冎圃斐杀靖停⑶以趯?shí)驗(yàn)室中顯示出性能潛力。鈣鈦礦的記錄效率水平比其他任何太陽能電池技術(shù)都要快，目前已獲得去年夏天的記錄認(rèn)證 - 目前為22.7%。但隨著電池和模塊面積的增加，鈣鈦礦太陽能電池的效率下降。多種因素的組合歸因于下降，包括不均勻的涂層細(xì)胞中的化學(xué)物質(zhì)。此外，當(dāng)任何類型的太陽能電池連接在一起以創(chuàng)建模塊時(shí)，在陽光不轉(zhuǎn)換為電的電池之間形成非活動(dòng)區(qū)域，導(dǎo)致效率下降。

為了在實(shí)驗(yàn)室制造鈣鈦礦太陽能電池，科學(xué)家將化學(xué)品沉積在基板上。鈣鈦礦材料隨著化學(xué)品結(jié)晶而形成。實(shí)驗(yàn)室中最常用的沉積方法稱為旋涂，可生產(chǎn)效率最高的設(shè)備，但該工藝?yán)速M(fèi)了90%以上的所用化學(xué)品，即所謂的鈣鈦礦油墨。旋涂也適用于小于4平方英寸的電池，但是沒有一種簡單的方法可以將該技術(shù)用于更大的表面。

NREL研究人員研究了潛在的可擴(kuò)展沉積方法，包括：

刀片涂層，使用刀片將化學(xué)溶液涂布在基材上以形成濕薄膜。該工藝可以適用于卷對卷制造，柔性基板在固定刀片下方的輥?zhàn)由弦苿?dòng)，類似于報(bào)紙的印刷方式。與旋涂相比，刮刀涂層浪費(fèi)的油墨少。

縫模涂層，其依賴于儲(chǔ)存器來供應(yīng)前體墨水，以便在基板上施加墨水。該方法與其他方法一樣沒有得到很好的研究，迄今為止已證明其效率低于葉片涂層。但是當(dāng)墨水發(fā)育良好時(shí)，槽模涂層的再現(xiàn)性優(yōu)于刮刀涂層，因此這更適用于卷對卷制造。

噴墨打印，使用小噴嘴分散前體墨水。該工藝已被用于制造小型太陽能電池，但它是否適合大批量，大面積生產(chǎn)將取決于印刷速度和器件結(jié)構(gòu)。

存在其他方法，例如電沉積，但是沒有任何關(guān)于用于在鈣鈦礦太陽能電池中直接沉積鹵化鈣鈦礦的報(bào)道。

NREL的研究人員在論文中指出，盡管面臨眾多挑戰(zhàn)，但在擴(kuò)大這些太陽能電池的生產(chǎn)方面取得了令人矚目的進(jìn)展。新文件概述了為擴(kuò)大技術(shù)需要解決的研究。需要更多關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域是鈣鈦礦太陽能模塊的理想結(jié)構(gòu)。

一些研究估計(jì)，鈣鈦礦太陽能電池可以比其他光伏技術(shù)以更低的成本發(fā)電，盡管這些數(shù)據(jù)是基于假設(shè)的研究。但是可以從這些研究得出的一個(gè)結(jié)論是，鈣鈦礦模塊的最高投入成本將來自基板和電極材料，這表明這些領(lǐng)域的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。