鈣鈦礦本身可以用作太陽(yáng)能電池的活性材料，并且可以沉積成極薄的層狀，這為許多不同應(yīng)用打開(kāi)了大門(mén)。目前，鈣鈦礦主要以疊層形式進(jìn)行探索，沉積在傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池上。
太陽(yáng)能電池板的效率越高，總系統(tǒng)成本就越低，從住宅屋頂?shù)仁芟迏^(qū)域獲得的電力就越多。
隆基目前保持著硅太陽(yáng)能電池效率的最高紀(jì)錄，略高于27%。該公司最近利用硅-鈣鈦礦疊層實(shí)現(xiàn)了34.6%的效率。德國(guó)弗勞恩霍夫太陽(yáng)能研究所(Fraunhofer ISE)的研究人員模擬了疊層的實(shí)際效率，最高可達(dá)39.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)硅本身的效率。
Caelux 首席技術(shù)官 Ernest “Charlie” Hasselbrink 表示，鈣鈦礦串聯(lián)材料可用于各種規(guī)模的太陽(yáng)能產(chǎn)品和項(xiàng)目，從移動(dòng)設(shè)備到公用事業(yè)規(guī)模的太陽(yáng)能項(xiàng)目，但最令人興奮的直接應(yīng)用之一可能是屋頂太陽(yáng)能。
2T 或 4T
目前業(yè)界正在探索兩種主要架構(gòu)：兩端(2T)和四端(4T)架構(gòu)。4T串聯(lián)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)電池之間具有獨(dú)立的電氣連接，而2T架構(gòu)則是串聯(lián)的。
雖然隆基創(chuàng)下的串聯(lián)電池紀(jì)錄是基于2T架構(gòu)創(chuàng)造的，該架構(gòu)的效率提升略高，但哈塞爾布林克認(rèn)為4T串聯(lián)電池的應(yīng)用前景更佳，原因如下。隨著人們不斷探索鈣鈦礦化學(xué)技術(shù)，以提高該領(lǐng)域的可靠性和長(zhǎng)期性能，4T架構(gòu)或?qū)檠芯咳藛T提供更靈活的選擇。
首先，4T鈣鈦礦可以放置在與硅太陽(yáng)能電池完全分離的基板上，而2T則不能。這一點(diǎn)可能很重要，因?yàn)樗梢詼p少鈣鈦礦開(kāi)發(fā)人員對(duì)基板選擇的限制，從而可能帶來(lái)更耐用的設(shè)計(jì)。性能的耐久性仍然是鈣鈦礦在實(shí)際應(yīng)用中需要解決的核心問(wèn)題。
“我們的方法是，把材料涂在玻璃上，這樣我們的客戶，也就是傳統(tǒng)的硅組件制造商，幾乎不需要做任何改變，”哈塞爾布林克說(shuō)。“他們可以按照自己的方式生產(chǎn)面板。”
此外，4T 為帶隙設(shè)計(jì)提供了更好的靈活性。帶隙是指將半導(dǎo)體中的電子激發(fā)到更高能態(tài)所需的最小能量。對(duì)于 2T 串聯(lián)結(jié)構(gòu)，電流必須匹配，這意味著一旦選定了電池的帶隙，鈣鈦礦電池帶隙的靈活性就會(huì)受到限制。而 4T 則提供了更寬的解空間，為更穩(wěn)定的化學(xué)反應(yīng)提供了更大的靈活性。
哈塞爾布林克表示，通過(guò)將4T鈣鈦礦放置在其自身的基底上，它們可以受益于化學(xué)、機(jī)械和電氣隔離。通常，2T串聯(lián)結(jié)構(gòu)會(huì)沉積在硅電池的紋理表面上，這會(huì)帶來(lái)略微更好的光吸收效果，但這也可能給鈣鈦礦開(kāi)發(fā)人員在探索不同的化學(xué)和機(jī)械配置時(shí)帶來(lái)限制。
“為什么要為了一點(diǎn)小利益而限制解決空間呢?”哈塞爾布林克說(shuō)。
Hasselbrink 表示，4T 串聯(lián)結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，它必須實(shí)現(xiàn)電壓匹配而非電流匹配，這有利于工藝和設(shè)計(jì)靈活性。超過(guò) 10-15% 的電流失配會(huì)對(duì)電池的耐用性造成重大挑戰(zhàn)，如果旁路不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致電池溫度過(guò)高。相比之下，4T 串聯(lián)結(jié)構(gòu)是電壓匹配的。
“太陽(yáng)能電池的電壓與輻照度的依賴關(guān)系很小——即使輻照度下降一半，電壓也只會(huì)下降約5%。”哈塞爾布林克說(shuō)道，“這不足以造成任何嚴(yán)重的不匹配、性能損失或可靠性問(wèn)題。”
可擴(kuò)展性
哈塞爾布林克表示，鈣鈦礦所實(shí)現(xiàn)的許多引人注目的領(lǐng)先效率都是采用非經(jīng)濟(jì)可行的工藝實(shí)現(xiàn)的，并且往往忽略了可能大規(guī)模出現(xiàn)的制造缺陷問(wèn)題。
他表示，Caelux 在開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室流程時(shí)充分考慮了可擴(kuò)展性，使用的設(shè)備要么是小型設(shè)備，要么是由與生產(chǎn)設(shè)備相同的供應(yīng)商生產(chǎn)的。他表示，這種方法簡(jiǎn)化了從研究到制造的過(guò)渡。
注重耐用性
哈塞爾布林克警告說(shuō)，研發(fā)界可能過(guò)于注重效率的提高，而應(yīng)該更多地關(guān)注耐用性和可靠性，這仍然是鈣鈦礦最重要的創(chuàng)新因素。
“國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的效率圖表讓學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)有機(jī)會(huì)通過(guò)實(shí)現(xiàn)最佳效率，在世界舞臺(tái)上揚(yáng)名立萬(wàn)，”哈塞爾布林克說(shuō)道。“創(chuàng)建類似的耐久性圖表可能具有巨大的價(jià)值：在精心策劃的戶外測(cè)試以及特定的標(biāo)準(zhǔn)化加速測(cè)試(可提供更快的反饋)中，都展現(xiàn)出最佳性能。”
他說(shuō)，實(shí)驗(yàn)室重視報(bào)告的可靠性可能會(huì)引導(dǎo)研究界朝著更重要的方向發(fā)展。
