研究人員為新型太陽能電池的發(fā)展制定了路線圖

被稱為鈣鈦礦的材料顯示出新一代太陽能電池的巨大潛力，但在一個以硅為基礎(chǔ)的太陽能電池占主導(dǎo)地位的市場上，鈣鈦礦很難獲得吸引力?，F(xiàn)在，麻省理工學(xué)院和其他地方的研究人員進(jìn)行了一項研究，為這項有前途的技術(shù)如何從實(shí)驗室走向全球太陽能市場的重要位置繪制了路線圖。

“技術(shù)經(jīng)濟(jì)”分析顯示，通過從價值更高的利基市場開始，并逐步擴(kuò)大規(guī)模，太陽能電池板制造商可以避免非常高昂的初始資本成本，而這些成本將使基于鈣鈦礦的電池板在一開始就能在大規(guī)模公用事業(yè)規(guī)模的安裝中與硅直接競爭。該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，與其進(jìn)行昂貴得令人望而卻步的數(shù)億甚至數(shù)十億美元的初始投資，來建造一個用于大規(guī)模生產(chǎn)的工廠，還不如從更專業(yè)的應(yīng)用程序開始，為更現(xiàn)實(shí)的初始資本投資(大約4000萬美元)。

麻省理工學(xué)院博士后Ian Mathews、研究科學(xué)家Marius Peters、機(jī)械工程教授Tonio Buonassisi，以及麻省理工學(xué)院、Wellesley學(xué)院和Swift Solar公司的其他五位教授在《焦耳》雜志上發(fā)表了一篇論文，描述了這些結(jié)果。

以鈣鈦礦為基礎(chǔ)的太陽能電池——一種以分子結(jié)構(gòu)的某種排列為特征的廣泛的化合物——可以極大地改善太陽能裝置。它們的組成材料很便宜，可以像打印報紙一樣采用卷到卷的方式生產(chǎn)，并打印在輕巧靈活的基材上。這將大大降低與運(yùn)輸和安裝相關(guān)的成本，盡管它們?nèi)匀恍枰M(jìn)一步的工作來提高耐久性。世界各地的實(shí)驗室也在開發(fā)其他有前途的新型太陽能電池材料，但還沒有一種材料進(jìn)入市場。

馬修斯說:“近年來，出現(xiàn)了許多新的太陽能電池材料和公司。然而，盡管如此，硅仍然是該行業(yè)的主導(dǎo)材料，幾十年來一直如此?！?/p>

為什么會這樣呢?“人們總是說，阻礙新技術(shù)發(fā)展的因素之一是，建造大型工廠來大規(guī)模生產(chǎn)這些系統(tǒng)的成本實(shí)在太高了，”他說?！皩σ患页鮿?chuàng)公司來說，要跨越所謂的‘死亡之谷’，籌集到所需的數(shù)千萬美元，以達(dá)到這項技術(shù)在更廣泛的太陽能行業(yè)可能有利可圖的規(guī)模，是很困難的。”

但是，在許多更加專業(yè)化的太陽能電池應(yīng)用中，鈣鈦礦基太陽能電池的特殊品質(zhì)，如重量輕、靈活性和透明性，將提供一個顯著的優(yōu)勢，Mathews說。通過最初關(guān)注這些市場，一家初創(chuàng)的太陽能公司可以逐步擴(kuò)大規(guī)模，隨著時間的推移，利用來自優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的利潤來擴(kuò)大其生產(chǎn)能力。

在描述各個實(shí)驗室正在開發(fā)的基于鈣鈦礦的太陽能電池的文獻(xiàn)時，他說，“他們聲稱成本非常低。但是一旦你的工廠達(dá)到一定規(guī)模，他們就會提出索賠。我想，我們以前見過這種情況——人們聲稱一種新的光電材料將比其他所有材料更便宜，而且比其他所有材料更好。這很好，除了我們需要一個計劃，關(guān)于我們?nèi)绾螌?shí)際獲得材料和技術(shù)的規(guī)模。”

他說，作為一個起點(diǎn)，“我們采用了一種我從未見過其他人采用的方法:讓我們把制造這些模塊的成本作為規(guī)模函數(shù)來建模。”如果一個小工廠只有10個人，你需要賣多少才能盈利?一旦達(dá)到規(guī)模，你的產(chǎn)品會變得多便宜?”

他說，分析證實(shí)，試圖直接進(jìn)入屋頂太陽能或公用事業(yè)規(guī)模的太陽能裝置市場，將需要非常大的前期資本投資。但是“我們研究了人們在物聯(lián)網(wǎng)或建筑一體化光伏市場上可能獲得的價格。人們通常在這些市場上支付更高的價格，因為它們是更專業(yè)化的產(chǎn)品。如果你的產(chǎn)品是靈活的，或者模塊適合建筑外殼，他們會多付一些錢?！逼渌麧撛诘睦袌霭ㄗ怨╇娢㈦娮釉O(shè)備。

這樣的申請將使進(jìn)入市場成為可能，而不需要大量的資本投資。他表示:“如果你這樣做，你需要投資于公司的資金就會少得多，只有幾百萬美元，而不是幾千萬或幾億美元，這就能讓你更快地發(fā)展成一家盈利的公司。”

馬修斯說:“這是他們證明自己技術(shù)的一種方式，既可以是技術(shù)上的，也可以是通過實(shí)際生產(chǎn)和銷售一種產(chǎn)品，并確保它能在該領(lǐng)域生存下來。而且，這只是為了證明你可以在一定的價格水平上進(jìn)行生產(chǎn)?！?/p>

他指出，已經(jīng)有幾家初創(chuàng)公司在努力將鈣鈦礦太陽能電池推向市場，盡管它們還沒有真正的產(chǎn)品可供銷售。他說，這兩家公司采取了不同的方法，其中一些似乎正在采取本研究中概述的那種按部就班的增長方法?！翱赡芑I集到最多資金的公司是一家名為Oxford PV的公司，他們正在研究串聯(lián)電池，”這種電池結(jié)合了硅和鈣鈦礦電池，以提高整體效率。另一家公司是由Joel Jean博士創(chuàng)辦的?！?7(他也是這篇論文的合著者)和其他一些人，叫做Swift Solar，他們正在研究柔性鈣鈦礦。有一家名為Saule Technologies的公司，致力于可打印的鈣鈦礦。

馬修斯說，研究小組在研究中使用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法可以廣泛應(yīng)用于其他與能源相關(guān)的新技術(shù)，包括可充電電池和其他存儲系統(tǒng)，或其他類型的新型太陽能電池材料。

他表示:“許多科學(xué)論文和學(xué)術(shù)研究關(guān)注的是，一旦一項技術(shù)達(dá)到規(guī)模，制造它的成本是多少?！薄暗苌儆腥苏嬲P(guān)注在非常小的規(guī)模下成本是多少，以及影響規(guī)模經(jīng)濟(jì)的因素是什么?”我認(rèn)為很多技術(shù)都可以做到這一點(diǎn)，這將幫助我們加速創(chuàng)新從實(shí)驗室到市場的過程?！?/p>