歐美鈣鈦礦公司加速競賽,專家:鈣鈦礦電池商業(yè)化在于硅的背面

發(fā)布日期:2024-01-17  來源:DeepTech深科技

核心提示:在 Swift 太陽能公司的實驗室里,可以看到十幾副大約手肘長的橡膠手套,正如手臂一般在半空中沿水平方向擺動。這些手套從齊腰高
在 Swift 太陽能公司的實驗室里,可以看到十幾副大約手肘長的橡膠手套,正如手臂一般在半空中沿水平方向擺動。

這些手套從齊腰高的玻璃墻外殼中伸出,其運動由氣態(tài)氮驅(qū)動,這樣設(shè)置的目的是保證工作空間的干燥性和氣密性,從而更好地保護(hù)需要精密加工的太陽能材料。

在實驗室的一個角落里,技術(shù)員羅杰·湯普森(Roger Thompson)將雙手合在了一起,然后開始在一塊金屬板上開槽。

而在這之后沒多久,一條傳送帶就會將這塊金屬板運到一扇金屬門之后,在那里一層用于傳導(dǎo)電流的化學(xué)涂層將會被涂在該金屬板上面,Swift 公司的 CEO 喬爾·簡(Joel Jean)將這一步驟稱為“黑匣子魔法”。

這個位于美國硅谷的實驗室由 Swift 公司經(jīng)營,該公司也是正對下一代太陽能技術(shù)的進(jìn)行試驗的眾多公司之一。

這家初創(chuàng)公司也在努力贏得下一代太陽能電池的商業(yè)化競賽,也就是在太陽能電池傳統(tǒng)采用的硅上疊加一層鈣鈦礦材料。

將硅與鈣鈦礦這兩種可吸收不同波長陽光的材料堆疊在一起,可以達(dá)到提到太陽能電池板效率的效果,進(jìn)而使每個電池板產(chǎn)生更多的電能。

因此,鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池不僅可以降低成本,還能夠使電網(wǎng)中的可再生電量增加。

盡管該技術(shù)具有長遠(yuǎn)的前景,但其商業(yè)化之路并不平坦,十多年來,公司和科學(xué)家們不斷在對這項技術(shù)進(jìn)行修正,但一直沒有成功。

對于太陽能用途來說,鈣鈦礦這一材料有些過于不穩(wěn)定,它對水、熱和光等都很敏感。而一些研究人員則警告說,留給這些研究的時間可能不多了。

美國西北大學(xué)從事鈣鈦礦技術(shù)研究的助理教授 Bin Chen 指出:“如果未來兩三年內(nèi)仍沒有商業(yè)化的鈣鈦礦產(chǎn)品,市場對這項技術(shù)的信心可能會降低。”

與此同時,包括 Swift 公司在內(nèi)的初創(chuàng)公司和研究人員在如火如荼地進(jìn)行研發(fā),最近他們在提高鈣鈦礦的耐用性方面取得的進(jìn)展,也讓他們更加大膽。

最近幾個月中,一些大型太陽能公司對于一些鈣鈦礦初創(chuàng)公司的試點生產(chǎn)線的投資或收購,也給這一技術(shù)投下了信任票。

現(xiàn)在這些公司必須要做的,就是證明他們可以克服那些困擾鈣鈦礦技術(shù)多年的困難,并且生產(chǎn)出上百萬塊效率能夠打破此前記錄的太陽能面板。


硅的“背面”

要想將鈣鈦礦太陽能電池成功商業(yè)化,關(guān)鍵是要將鈣鈦礦與經(jīng)過驗證的太陽能技術(shù)結(jié)合,這不僅可以提高鈣鈦礦的穩(wěn)定性,也能繼續(xù)提振來之不易的市場信心。


(來源:SWIFT SOLAR)

美國普林斯頓大學(xué)電氣和計算機(jī)工程系教授巴里·蘭德(Barry Rand)對媒體表示:“鈣鈦礦電池商業(yè)化的主要切入點,其實就在硅的背面。”

目前全球市面上銷售的 90% 以上的太陽能電池板都是由晶體硅制成的。幾十年的技術(shù)經(jīng)驗,使得開發(fā)商們已經(jīng)知道如何圍繞這項技術(shù)進(jìn)行項目的規(guī)劃,投資者也已了解如何對采用這一技術(shù)的項目進(jìn)行定價。

而如果可以在晶體硅面板上加上一層鈣鈦礦,則可以讓太陽能公司在競爭激烈的行業(yè)中占據(jù)強(qiáng)有力的優(yōu)勢。

致力于提供咨詢研究服務(wù)的彭博新能源財經(jīng)公司(BloombergNEF)的太陽能行業(yè)分析師杰尼·查斯(Jenny Chase)指出:“誰能破解這一難題并制造出更好的太陽能模板,誰就能從中賺大錢。

獲利的想法主要在于,由于該技術(shù)的效率更高,每一瓦電量都能夠以更低的成本生產(chǎn)出來,然后可以再溢價出售。”

但是這說起來容易做起來難。鈣鈦礦是由金屬鹵化物組成的,具有獨特的晶體結(jié)構(gòu),目前主要面臨兩大挑戰(zhàn)亟待解決:耐用性的提高和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大。

尤其是鈣鈦礦可以與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng),在暴露于光照環(huán)境時會被降解,這些特性對于太陽能產(chǎn)品來說是一個相當(dāng)大的問題。

為了生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的鈣鈦礦串聯(lián)電池板,許多公司采用了蒸發(fā)、印刷(類似于報紙的墨水印刷),甚至是“旋涂”(一種看起來類似 20 世紀(jì) 90 年代旋轉(zhuǎn)藝術(shù)的技術(shù))等計劃,來將鈣鈦礦層覆蓋在太陽能電池上。此外,改變鈣鈦礦層的組成成分也可以幫助它們持續(xù)更長的時間。

Chen 和蘭德是兩個項目的合作者,這兩個項目獲得了美國能源部數(shù)百萬美元的支持,旨在對更耐用、更快商業(yè)化的鈣鈦礦硅配置進(jìn)行測試。

這些項目的其他參與者還包括一些大學(xué)、幾家鈣鈦礦初創(chuàng)公司(包括 Swift 公司)和美國國家可再生能源實驗室。


持久力

蘭德和他在普林斯頓大學(xué)的團(tuán)隊致力于防止鈣鈦礦的降解的研究,他對媒體表示,在過去七年間,該領(lǐng)域已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步。今天的太陽能面板已經(jīng)通過采用更好的封裝,可以達(dá)到防水的效果。

現(xiàn)在所需做的其實只是一個“消除游戲”,也就是確定出鈣鈦礦電池中哪些化學(xué)成分最有可能發(fā)生反應(yīng),并將它們置換掉。但他認(rèn)為,進(jìn)一步的實驗并不會阻礙商業(yè)化的步伐。

他說:“我認(rèn)為已經(jīng)取得的成果已經(jīng)足以讓我們確信這一技術(shù)值得投資。但這并不代表我們已經(jīng)完成了該做的工作,仍有許多需要突破的困難,尤其是在穩(wěn)定性方面。”

Swift 公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官托馬斯·萊頓斯(Tomas Leijtens)說,該公司現(xiàn)在已經(jīng)可以做到將電池暴露在被光照的、溫度高達(dá) 70°C 的環(huán)境中操作仍不會降解。

他坐在一張放置有粉色的鈣鈦礦模型的桌子旁說道:“我想說的是,這在五年前是不可想象的”。

但是這個行業(yè)還需要確保的是,每一塊電池都必須是耐用的;每一年,全球的各家公司所生產(chǎn)的太陽能電池板的數(shù)量高達(dá)數(shù)億塊,每塊電池板都包含數(shù)十個電池。

在這些電池面板被投入使用之前,必須通過嚴(yán)格的行業(yè)測試,例如快速溫度交變測試、濕度和冰雹測試等。

成立于 2017 年的 Swift 公司現(xiàn)在還沒有開始進(jìn)行獨立的電池板的測試,目前該公司已經(jīng)可以在實驗室中對電池進(jìn)行某些條件的測試,也在其屋頂上安裝了一塊面板。

而像 Swift 和 Oxford PV這樣的初創(chuàng)公司,正在與該行業(yè)的最大的其他公司合作,以期將其技術(shù)推向市場。Oxford PV 公司是一家從高校實驗室分拆出來的英國公司,Swift 公司的創(chuàng)始人也曾在該實驗室工作過。

根據(jù) Oxford PV 公司的公開信息,該公司將于 2024 年晚些時候開始向客戶交付鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池板。2023 年 5 月,總部位于亞利桑那州的美國太陽能制造商 First Solar 也收購了一家名為 Evolar 的歐洲鈣鈦礦公司。

First Solar 公司的 CEO 馬克·威德馬(Mark Widmar)在其收購 Evolar 的新聞稿中指出,他們相信“高效的串聯(lián)光伏組件將決定未來。”

就在幾天后,另一家總部位于韓國的頂級制造商 Hanwha Q Cells 公司表示,將投資 1 億美元建立一條鈣鈦礦串聯(lián)電池試制線。

2022 年,Hanwha Q Cells 公司資助創(chuàng)建了 Pepperoni 公司,這是致力于一家鈣鈦礦串聯(lián)電池歐洲公司。


圖 | Oxford PV 公司計劃于 2024 年開始其串聯(lián)太陽能電池的交付。(來源:DAVID ALCOM/OXFORD PV)

從事與鈣鈦礦電池研究的人員認(rèn)為,串聯(lián)電池的商業(yè)化所需要的可能只是幾年的時間,而非幾十年。

簡說,Swift 公司希望在四年內(nèi)將產(chǎn)品商業(yè)化。而《通脹削減法案》中的激勵措施,包括對在美國制造的清潔能源產(chǎn)品的信貸,也將會有所幫助。

但是,對于鈣鈦礦太陽能技術(shù)既有支持者,也有持懷疑態(tài)度的人。查斯說,如今的硅太陽能電池面板已經(jīng)足夠好,足以幫助世界向清潔能源轉(zhuǎn)型,并應(yīng)對氣候變化。

長期以來,查斯對鈣鈦礦顛覆太陽能行業(yè)現(xiàn)狀的能力一直持懷疑態(tài)度。她說:“僅僅通過熱度和勢頭是不可能制造出新的半導(dǎo)體技術(shù)的,而是需要技術(shù)來工作。”

然而,考慮到讓整個電網(wǎng)實現(xiàn)碳中和仍需要大量太陽能,鈣鈦礦技術(shù)的支持者認(rèn)為,對于效率的每一點提高都至關(guān)重要。

萊頓斯表示:“雖然硅太陽能面板很好,但鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池更好。在應(yīng)對氣候變化的斗爭中,我們需要加快步伐,而不僅僅是說,‘哦,這已經(jīng)足夠好了,我們已經(jīng)完成了。’一切都有可以繼續(xù)改善的空間。”

 
 
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