澳大利亞和中國的研究團隊正逐漸接近一種可能徹底改變太陽能行業的太陽能電池設計，但仍然存在許多障礙。
關鍵在於鈣鈦礦，這是一種1800年代中期在俄羅斯首次發現的晶體結構。工程師們希望利用這種材料製造更便宜、更高效的太陽能電池板——可能與流行的且更耐用的矽基電池板串聯使用。
澳大利亞國立大學 (ANU) 的研究科學家兼教授托馬斯·懷特說：“現在有很多重點放在提高效率上，這就是為什麼突然出現這些串聯方法的原因。”
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他說，另一個原因是：“降低製造成本變得越來越難。”
懷特和其他人表示，進步的關鍵在於提高能量轉換效率——即電池板將陽光能量直接轉化為電能的程度。
矽基光伏 (PV) 電池板的效率通常為 16% 至 18%，研究人員表示，矽光伏效率的理論極限為 29%。
研究表明，鈣鈦礦太陽能電池板可以實現高達 35% 的效率，同時還可以透過減少製造過程中的一些步驟來降低成本。
懷特在一次採訪中說：“它們的優點在於你可以透過溶液處理它們。” “與矽不同，矽必須經過非常工業化的提純才能獲得非常高純度的矽，而這些材料我們實際上是以粉末形式購買的，我們將它們混合到溶劑中，然後我們可以將它們旋塗或以非常薄的薄層塗覆在玻璃基板上，如果你能擴大規模，這可能會使它們非常便宜。”
這種潛力引起了關注和支援。
澳大利亞可再生能源署 (ARENA) 最近宣佈為支援先進太陽能光伏能源應用的研究和開發提供資金。另外 1500 萬美元可用於研發團隊，用於報廢太陽能光伏解決方案，特別是“透過使用串聯材料來提高矽基太陽能光伏的成本效益”。
ARENA 已獲得澳大利亞國立大學和中國太陽能電池板製造巨頭晶科能源的科學家們的支援，共同致力於鈣鈦礦太陽能技術的商業化研發。
早期出現了一些有希望的跡象。
去年，澳大利亞國立大學團隊宣佈了一項更大的鈣鈦礦太陽能電池的記錄，在實驗室中實現了 21.6% 的效率。美國和韓國的研究人員已實現 24.2% 的鈣鈦礦轉換效率，但澳大利亞國立大學表示，其團隊的里程碑標誌著“有史以來在一定尺寸以上的鈣鈦礦電池中實現的最高效率”。
在最近一份關於太陽能光伏未來的報告中，國際可再生能源機構 (IRENA) 將鈣鈦礦描述為當今太陽能技術研究中“最有前途的材料之一”——“一種非常擅長吸收光的礦物”並且“非常容易在實驗室中製造”。
國際可再生能源機構表示，值得關注鈣鈦礦太陽能研發，但該機構警告說，中國、澳大利亞、美國和其他研究機構需要一段時間才能破解將其商業化的密碼。
最大的障礙仍然是耐用性——鈣鈦礦晶體比矽分解得更快。
國際可再生能源機構解釋說：“由於晶體容易溶解，它們無法應對潮溼條件，需要透過封裝來防止水分，例如透過氧化鋁層或密封玻璃板。”
澳大利亞國立大學的懷特承認了這種缺陷。他補充說，鈣鈦礦的耐熱性也不如矽。
他說：“目前的主要挑戰是穩定性。” “我們仍在努力使它們足夠穩定，以至於你想將它們安裝在屋頂上 25 年。因此，這仍然是一個尚未解決的問題。”
他認為這是一個可以克服的挑戰，特別是透過 ARENA 推廣的“串聯”方法，即將鈣鈦礦與矽層結合，以大大提高陽光能量轉換並提高耐用性和穩定性。串聯方法的主要好處是更好的能量捕獲。
懷特補充說：“如果你將兩種太陽能電池材料放在一起，你可以最佳化一種電池來吸收藍光和綠光，這提供高能量，而另一種電池則針對紅外光進行了最佳化。” “如果你將兩者放在一起，一個疊在另一個之上，那麼效率極限就會顯著提高。”
總部位於阿拉伯聯合大公國阿布扎比的國際可再生能源機構認為，如果這些障礙能夠被克服，這項技術有潛力改變太陽能光伏產業。
該機構總結說：“鈣鈦礦電池有可能改變太陽能發電的動力和經濟性，因為它們比太陽能電池更便宜，並且可以在相對較低的溫度下生產，這與矽不同。”
中國和美國大學的工程師在最近一期的科學期刊《先進功能材料》中深入研究了鈣鈦礦太陽能電池研究的現狀。他們的論文承認了提高穩定性的問題，但也強調了“鈣鈦礦太陽能電池效率的驚人進步”。
儘管如此，該團隊得出結論，下一步必須關注使鈣鈦礦像矽一樣耐用，然後才能實現商業化。
懷特對此表示贊同。“這將決定鈣鈦礦在未來幾年的成敗，”他說。
經 E&E News 許可，轉載自 Climatewire。E&E 在 www.eenews.net 上提供每日重要的能源和環境新聞報道。