鈣鈦礦技術具有可擴展性 但仍然存在關于最佳方法的問題

據能源部國家可再生能源實驗室(NREL)的研究人員稱，隨著鈣鈦礦太陽能電池設定效率記錄并使新生技術變得更加穩(wěn)定，另一個主要挑戰(zhàn)仍然是可擴展性問題。

“這是可擴展的，”NREL的材料科學研究員Kai Zhu說。“我們只需要大規(guī)模展示效率和產量，將技術推向實驗室之外。”

作為一份名為“可伸縮制造鈣鈦礦太陽能電池”的新自然評論材料論文的主要作者，朱和他在NREL的同事們回顧了將鈣鈦礦從實驗室轉移到屋頂的努力。Zhen Li，Talysa Klein，Dong Hoe Kim，Mengjin Yang，Joseph Berry和Maikel van Hest是合著者。

目前市場上的大多數太陽能電池板都是由硅制成，但鈣鈦礦太陽能電池有可能加速美國光伏(PV)制造的發(fā)展，因為它們制造成本更低，并且在實驗室中顯示出性能潛力。鈣鈦礦的記錄效率水平比其他任何太陽能電池技術都要快，目前已獲得去年夏天的記錄認證 - 目前為22.7%。但隨著電池和模塊面積的增加，鈣鈦礦太陽能電池的效率下降。多種因素的組合歸因于下降，包括不均勻的涂層細胞中的化學物質。此外，當任何類型的太陽能電池連接在一起以創(chuàng)建模塊時，在陽光不轉換為電的電池之間形成非活動區(qū)域，導致效率下降。

為了在實驗室制造鈣鈦礦太陽能電池，科學家將化學品沉積在基板上。鈣鈦礦材料隨著化學品結晶而形成。實驗室中最常用的沉積方法稱為旋涂，可生產效率最高的設備，但該工藝浪費了90%以上的所用化學品，即所謂的鈣鈦礦油墨。旋涂也適用于小于4平方英寸的電池，但是沒有一種簡單的方法可以將該技術用于更大的表面。

NREL研究人員研究了潛在的可擴展沉積方法，包括：

刀片涂層，使用刀片將化學溶液涂布在基材上以形成濕薄膜。該工藝可以適用于卷對卷制造，柔性基板在固定刀片下方的輥子上移動，類似于報紙的印刷方式。與旋涂相比，刮刀涂層浪費的油墨少。

縫模涂層，其依賴于儲存器來供應前體墨水，以便在基板上施加墨水。該方法與其他方法一樣沒有得到很好的研究，迄今為止已證明其效率低于葉片涂層。但是當墨水發(fā)育良好時，槽模涂層的再現性優(yōu)于刮刀涂層，因此這更適用于卷對卷制造。

噴墨打印，使用小噴嘴分散前體墨水。該工藝已被用于制造小型太陽能電池，但它是否適合大批量，大面積生產將取決于印刷速度和器件結構。

存在其他方法，例如電沉積，但是沒有任何關于用于在鈣鈦礦太陽能電池中直接沉積鹵化鈣鈦礦的報道。

NREL的研究人員在論文中指出，盡管面臨眾多挑戰(zhàn)，但在擴大這些太陽能電池的生產方面取得了令人矚目的進展。新文件概述了為擴大技術需要解決的研究。需要更多關注的一個領域是鈣鈦礦太陽能模塊的理想結構。

一些研究估計，鈣鈦礦太陽能電池可以比其他光伏技術以更低的成本發(fā)電，盡管這些數據是基于假設的研究。但是可以從這些研究得出的一個結論是，鈣鈦礦模塊的最高投入成本將來自基板和電極材料，這表明這些領域的創(chuàng)新機會。