科學(xué)家提出擴(kuò)展鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的三種可行方法
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發(fā)布日期：2018-04-16
核心提示：
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在10年內(nèi)刷新效率成長(zhǎng)紀(jì)錄，現(xiàn)在技術(shù)也變得越來(lái)越穩(wěn)定，美國(guó)能源部國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）研究人員認(rèn)為，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池主要挑戰(zhàn)只差擴(kuò)展性問(wèn)題。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在10年內(nèi)刷新效率成長(zhǎng)紀(jì)錄，現(xiàn)在技術(shù)也變得越來(lái)越穩(wěn)定，美國(guó)能源部國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）研究人員認(rèn)為，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池主要挑戰(zhàn)只差擴(kuò)展性問(wèn)題，如何大規(guī)模量產(chǎn)并將技術(shù)推向?qū)嶒?yàn)室之外，他們仔細(xì)歸納了幾種潛在擴(kuò)展沉積方法。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的成長(zhǎng)紀(jì)錄比任何太陽(yáng)能電池技術(shù)都還要快，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到22.7%，由于制程便宜許多，它們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中表現(xiàn)出相當(dāng)大的商業(yè)化潛力，是下一代太陽(yáng)能電池的尖端新秀。
但是，隨著研究人員增加電池模塊面積，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率開(kāi)始下降，下降因素很多，比如電池中化學(xué)物質(zhì)不均勻涂層等。實(shí)驗(yàn)室中最常用來(lái)制造鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法為旋涂法（spincoating），研究人員將化學(xué)物質(zhì)沉積在基底上，鈣鈦礦材料會(huì)在化學(xué)結(jié)晶時(shí)形成。
但這種方法浪費(fèi)了超過(guò)90%的化學(xué)品，即鈣鈦礦墨水，且旋涂法應(yīng)用在小于4平方英寸面積的效果最好，沒(méi)有更簡(jiǎn)單的方法可用于更大表面。
為此，NREL研究人員提出另外3種潛在的可擴(kuò)展沉積方法：刮刀涂層法（bladecoating）、精密狹縫式涂布法（Slot-diecoating）、噴墨印刷法（Ink-jetprinting）。
刮涂法以刀片將化學(xué)溶液推散在基底形成濕薄膜，該流程適用于卷對(duì)卷制造，柔性基材在固定刀片的下方滾軸上移動(dòng)，類(lèi)似報(bào)紙印刷方式，這種技術(shù)浪費(fèi)的鈣鈦礦墨水比旋涂法還要少。
精密狹縫式涂布法與其他技術(shù)相比還未得到充足研究，且目前效率低于刮涂法，但未來(lái)其再生性可能比刮涂法還要好，更適用于卷對(duì)卷生產(chǎn)。
噴墨印刷法則使用一個(gè)小噴嘴分散前導(dǎo)墨水，目前這技術(shù)已運(yùn)用在小型太陽(yáng)能電池，但是否適用批量生產(chǎn)，須取決于印刷速度。
幾項(xiàng)研究估計(jì)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可用比其他光伏技術(shù)還要低的成本發(fā)電（雖然這些數(shù)據(jù)目前只是假設(shè)），但從這些研究得出一個(gè)結(jié)論是，鈣鈦礦模塊投入最高成本將來(lái)自基底與電極材料，表明該領(lǐng)域還有一系列創(chuàng)新機(jī)會(huì)。