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作為第三代非硅薄膜電池的代表，鈣鈦礦電池從出世以來(lái)一直備受關(guān)注，光伏制造商、資本市場(chǎng)、研發(fā)團(tuán)體，都對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池給予很大期待。

跟市場(chǎng)上常見(jiàn)的晶硅太陽(yáng)能電池相比，鈣鈦礦電池吸光能力是晶硅的10倍以上，轉(zhuǎn)換效率在不斷提高，而且比較輕薄，應(yīng)用場(chǎng)景豐富，材料制造成本比較低。缺點(diǎn)是穩(wěn)定性比較差，使用壽命比較短。

但圍繞鈣鈦礦的技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)正在不斷突破，有些專(zhuān)注于鈣鈦礦與晶硅的混合，形成疊層太陽(yáng)能，也有研究團(tuán)隊(duì)，為了提高效率，開(kāi)發(fā)出雙面鈣鈦礦電池。

日前，美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的一個(gè)研究小組聲稱(chēng)，他們新開(kāi)發(fā)的雙面鈣鈦礦太陽(yáng)電池實(shí)現(xiàn)了91%-93%的雙面性。

該實(shí)驗(yàn)研究稱(chēng)，雙面鈣鈦礦電池有可能比單面鈣鈦礦電池多生產(chǎn)20%的電量。

這項(xiàng)題為 "高效雙面單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)電池"的研究發(fā)表在《焦耳》雜志上。

背面接收反射光接近正面效率

所謂雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，顧名思義，就是正反兩面都可以捕捉太陽(yáng)光，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電，背面捕捉的太陽(yáng)光，主要來(lái)自組件下方的反射光。

吸收反射光，效率會(huì)不會(huì)大打折扣？

目前單面太陽(yáng)能電池的效率達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的26%。這次NREL宣稱(chēng)，他們反面的效率是正面的91-93%，算下來(lái)反面效率也可達(dá)24%左右，效果還是很不錯(cuò)的。

這是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

研究人員稱(chēng)，他們?cè)O(shè)計(jì)出一種厚度經(jīng)過(guò)改良的雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，在雙面光照下實(shí)現(xiàn)了非常接近的效率。他們利用光學(xué)和電學(xué)模擬確定了電池所需的厚度。

為了吸收太陽(yáng)光譜某些部分的大部分光子，雙面太陽(yáng)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(jù)模擬值指導(dǎo)，研究小組設(shè)計(jì)出精確厚度為850納米的雙面電池。這比人類(lèi)頭發(fā)厚度小多了，人類(lèi)頭發(fā)的厚度約為7萬(wàn)納米。

研究人員將電池置于兩個(gè)太陽(yáng)能模擬器之間，用于評(píng)估通過(guò)雙面照明獲得的效率。直射光瞄準(zhǔn)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。

雙面鈣鈦礦更經(jīng)濟(jì)

NREL表示，雙面鈣鈦礦電池的目標(biāo)是使正面效率與單面效率持平，多種商業(yè)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(cè)試電池中，正面轉(zhuǎn)換效率為23%，背面轉(zhuǎn)換效率為正面效率的91-93%。

NREL化學(xué)與納米科學(xué)中心資深科學(xué)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(yùn)行。"

他補(bǔ)充表示，雖然生產(chǎn)成本比單面電池高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，雙面鈣鈦礦發(fā)電量可比單面電池高出10-20%，證明雙面鈣鈦礦更經(jīng)濟(jì)。

NREL 的研究由美國(guó)能源部太陽(yáng)能技術(shù)辦公室資助，目前尚處于假設(shè)階段。

目前，單面鈣鈦礦電池尚未大規(guī)模生產(chǎn)，更不用說(shuō)雙面電池了。業(yè)界認(rèn)為，鈣鈦礦可能會(huì)從屋頂和小規(guī)模項(xiàng)目開(kāi)始進(jìn)入太陽(yáng)能光伏市場(chǎng)。在這些項(xiàng)目中，高效率比安裝成本更為關(guān)鍵，而這首先需要單面技術(shù)的創(chuàng)新。目前，這正是那些希望將這項(xiàng)技術(shù)推向市場(chǎng)的人所關(guān)心的主要問(wèn)題。

不過(guò)，雙面太陽(yáng)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(fā)出一種效率高達(dá)30.2%的雙面串聯(lián)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，比常規(guī)太陽(yáng)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(shù)、晶體硅技術(shù)和雙面硅技術(shù)，除正面吸收陽(yáng)光發(fā)電外，其背面也能接收來(lái)自環(huán)境的散射光和反射光進(jìn)行發(fā)電，因此擁有更高的綜合發(fā)電效率，成功突破了單面太陽(yáng)能電池的上限，實(shí)現(xiàn)了30.2%的高光電轉(zhuǎn)換效率。

在中國(guó)，雙面晶硅太陽(yáng)能已經(jīng)有使用案例。華電天津海晶100萬(wàn)千瓦“鹽光互補(bǔ)”光伏項(xiàng)目，就是使用雙面太陽(yáng)能?！胞}光互補(bǔ)”電站新增雙面發(fā)電的設(shè)計(jì)，不僅光伏面板朝上的一面可直接進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換，背面還可以吸收水面反射上來(lái)的陽(yáng)光,可使光伏電站的發(fā)電效率提升5%-7%。