在11月25日發(fā)表在《焦耳》雜志上的一項新研究中，斯坦福大學的研究者展示了一種超快的方法來生產(chǎn)穩(wěn)定的鈣鈦礦電池，通過快速噴涂等離子體處理生產(chǎn)的鈣鈦礦光伏電池，斯坦福大學教授Reinhold Dauskardt的新制造方法讓鈣鈦礦模電池生產(chǎn)速度比傳統(tǒng)方法快了四倍。
- 指甲大小的樣本
鈣鈦礦太陽能電池是由廉價、豐富的化學物質(zhì)（如碘，碳和鉛）制成的合成晶體薄膜。薄膜電池重量輕，可彎曲，可以在露天實驗室中和在接近水沸點的溫度下生長，與精煉工業(yè)硅所需的3,000華氏度（1,650攝氏度）熔爐相去甚遠。
科學家已開發(fā)出25％轉(zhuǎn)化效率的鈣鈦礦電池，足以與硅媲美。但是這些實驗電池最大的問題是“它們通常只是小指指甲的那么大，一旦嘗試制造更大的電池就會產(chǎn)生缺陷和針孔，從而大大降低電池效率。”此外與持續(xù)20到30年的晶硅電池不同，薄膜鈣鈦礦在受熱和受潮時最終會降解。
科學家可以在實驗室中制造一個小型演示設(shè)備。但是傳統(tǒng)的鈣鈦礦加工方法無法實現(xiàn)快速、高效的生產(chǎn)。
- 產(chǎn)業(yè)化突破：超快、效率、穩(wěn)定
為了應(yīng)對大規(guī)模生產(chǎn)的挑戰(zhàn)，斯坦福大學Reinhold Dauskardt團隊采用了他們最近發(fā)明的一項專利技術(shù)：快速噴涂等離子體處理。
該機器人設(shè)備以每分鐘40英尺（12米）的速度生產(chǎn)鈣鈦礦太陽能電池，處理器使用兩個噴嘴制作鈣鈦礦光伏薄膜。一個噴嘴將化學溶液噴涂到一塊玻璃板上，而另一個噴嘴釋放出高反應(yīng)性的離子化氣體或等離子體。
“常規(guī)處理需要將鈣鈦礦溶液烘烤大約半小時，該創(chuàng)新在于使用等離子體高能源，一步將液態(tài)鈣鈦礦快速轉(zhuǎn)化為薄膜太陽能電池，”研究人員表示，“每分鐘生產(chǎn)40英尺（12米）鈣鈦礦薄膜，比制造硅電池快約四倍，這是所有太陽能技術(shù)中最高的產(chǎn)能，您可以想象將大塊玻璃板放在輥子上，并以前所未有的速度連續(xù)生產(chǎn)鈣鈦礦層。”
僅是實驗室超快還不夠，生產(chǎn)過程需要能廣泛實用。在研究人員看來，等離子處理系統(tǒng)可以以非常合理的成本在商業(yè)上購買。斯坦福大學的研究小組估計，他們的鈣鈦礦組件制造成本約為每平方英尺25美分，遠遠低于生產(chǎn)典型晶硅組件所需的每平方英尺約2.50美元。
除了創(chuàng)紀錄的生產(chǎn)率，新鑄造的鈣鈦礦電池還實現(xiàn)了18％的功率轉(zhuǎn)換效率。鈣鈦礦制造商最終將必須提供穩(wěn)定、高效的電池才能在商業(yè)上可行。為此，斯坦福團隊制造的鈣鈦礦電池，在戶外擱置了五個月，仍能以15.5％的效率運行。
傳統(tǒng)的晶硅光伏發(fā)電的成本約為每千瓦時5美分。為了與晶硅競爭，鈣鈦礦電池必須封裝在防潮層中，至少要防潮十年。研究團隊現(xiàn)在正在探索新的封裝技術(shù)和其他方法來顯著提高耐用性。
參加全球鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化論壇的專家普遍認為：鈣鈦礦太陽能技術(shù)正處于商業(yè)化與燒錢的十字路口，巨資風投給到了創(chuàng)業(yè)公司，接下來的三年中，如果不能取得電池壽命的突破，不能快速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，資本將開始枯竭。如果能制造出一種能持續(xù)30年的鈣鈦礦組件，鈣鈦礦技術(shù)能將電力成本降低到每千瓦時2美分以下，從而滿足公用事業(yè)規(guī)模的能源生產(chǎn)需要。
