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發布時間：2024-01-30 來源：元祿光電
作為第三代非硅薄膜電池的代表，鈣鈦礦電池從出世以來一直備受關注，光伏制造商、資本市場、研發團體，都對鈣鈦礦太陽能電池給予很大期待。
跟市場上常見的晶硅太陽能電池相比，鈣鈦礦電池吸光能力是晶硅的10倍以上，轉換效率在不斷提高，而且比較輕薄，應用場景豐富，材料制造成本比較低。缺點是穩定性比較差，使用壽命比較短。
但圍繞鈣鈦礦的技術創新和改進正在不斷突破，有些專注于鈣鈦礦與晶硅的混合，形成疊層太陽能，也有研究團隊，為了提高效率，開發出雙面鈣鈦礦電池。
日前，美國能源部國家可再生能源實驗室(NREL)的一個研究小組聲稱，他們新開發的雙面鈣鈦礦太陽電池實現了91%-93%的雙面性。
該實驗研究稱，雙面鈣鈦礦電池有可能比單面鈣鈦礦電池多生產20%的電量。
這項題為 "高效雙面單結鈣鈦礦太陽電池"的研究發表在《焦耳》雜志上。
01
背面接收反射光接近正面效率
所謂雙面鈣鈦礦太陽能電池，顧名思義，就是正反兩面都可以捕捉太陽光，從而實現發電，背面捕捉的太陽光，主要來自組件下方的反射光。
吸收反射光，效率會不會大打折扣？
目前單面太陽能電池的效率達到了創紀錄的26%。這次NREL宣稱，他們反面的效率是正面的91-93%，算下來反面效率也可達24%左右，效果還是很不錯的。
這是怎么實現的呢？
研究人員稱，他們設計出一種厚度經過改良的雙面鈣鈦礦太陽能電池，在雙面光照下實現了非常接近的效率。他們利用光學和電學模擬確定了電池所需的厚度。
為了吸收太陽光譜某些部分的大部分光子，雙面太陽電池正面的鈣鈦礦層必須足夠厚，但又不能太厚以免阻擋光子。研究小組還確定了背面電極的理想厚度，從而盡量減少電阻損耗。
根據模擬值指導，研究小組設計出精確厚度為850納米的雙面電池。這比人類頭發厚度小多了，人類頭發的厚度約為7萬納米。
研究人員將電池置于兩個太陽能模擬器之間，用于評估通過雙面照明獲得的效率。直射光瞄準正面，背面則接收反射光。隨著反射光與正面照明光比例的增加，鈣鈦礦電池的效率也隨之提升。
02
雙面鈣鈦礦更經濟
NREL表示，雙面鈣鈦礦電池的目標是使正面效率與單面效率持平，多種商業電池的單面效率已公布，例如 Oxford PV的28.6%，而背面效率則非常接近這些水平。在測試電池中，正面轉換效率為23%，背面轉換效率為正面效率的91-93%。
NREL化學與納米科學中心資深科學家 Kai Zhu表示："這種鈣鈦礦電池的任何一面都可以非常有效地運行。"
他補充表示，雖然生產成本比單面電池高，但從長遠來看，雙面鈣鈦礦發電量可比單面電池高出10-20%，證明雙面鈣鈦礦更經濟。
NREL 的研究由美國能源部太陽能技術辦公室資助，目前尚處于假設階段。
目前，單面鈣鈦礦電池尚未大規模生產，更不用說雙面電池了。業界認為，鈣鈦礦可能會從屋頂和小規模項目開始進入太陽能光伏市場。在這些項目中，高效率比安裝成本更為關鍵，而這首先需要單面技術的創新。目前，這正是那些希望將這項技術推向市場的人所關心的主要問題。
不過，雙面太陽能是科研界不斷探索的方向。
此前，荷蘭能源研究中心（ECN）宣布，已成功研發出一種效率高達30.2%的雙面串聯鈣鈦礦太陽能電池，比常規太陽能電池的效率（約20％-22％）高出三分之一。
該電池采用了鈣鈦礦薄膜技術、晶體硅技術和雙面硅技術，除正面吸收陽光發電外，其背面也能接收來自環境的散射光和反射光進行發電，因此擁有更高的綜合發電效率，成功突破了單面太陽能電池的上限，實現了30.2%的高光電轉換效率。
在中國，雙面晶硅太陽能已經有使用案例。華電天津海晶100萬千瓦“鹽光互補”光伏項目，就是使用雙面太陽能。“鹽光互補”電站新增雙面發電的設計，不僅光伏面板朝上的一面可直接進行電能轉換，背面還可以吸收水面反射上來的陽光,可使光伏電站的發電效率提升5%-7%。
