[技術(shù)前沿]可作為窗戶和墻壁的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池
太陽(yáng)能電池高效、半透明的光伏面板可在5年內(nèi)上市。
2023年8月，松下控股公司（傳奇的松下公司重組版本）開始測(cè)試和演示其鈣鈦礦光伏材料的原型版本。該原型是半透明的玻璃欄桿式光伏面板，安裝在東京附近一棟樣板房的陽(yáng)臺(tái)上，每塊高近1米、寬4米。以這種材料為基礎(chǔ)，松下控股公司計(jì)劃全面進(jìn)入建筑集成光伏（BIPV）行業(yè)。
松下控股公司應(yīng)用材料與技術(shù)中心的總經(jīng)理金子幸宏（Yukihiro Kaneko）表示，將鈣鈦礦夾在玻璃之間，既可以作為建筑物的實(shí)際外立面和墻壁，同時(shí)還可以發(fā)電，為現(xiàn)場(chǎng)供電或?qū)㈦娏敵龅诫娋W(wǎng)。他補(bǔ)充說(shuō)，該公司可以根據(jù)客戶的需求，在制造過(guò)程中改變材料的透明度，可作為窗戶使用。
“鈣鈦礦的透明度由帶隙值的差異來(lái)決定?！鄙程匕⒗⒉范爬瓏?guó)王科技大學(xué)（KAUST）的工程教授斯特凡?德沃爾夫（Stefaan De Wolf）說(shuō)，“一般厚度（100微米至150微米）的硅可吸收1.2電子伏特（eV）的所有可見(jiàn)光子。鈣鈦礦的帶隙一般至少為1.5eV，允許光譜的紅色部分透射。此外，鈣鈦礦還可以印刷成圖案，可以作為（顏色管理的）中性密度濾光片?！?/p>
鈣鈦礦指的是屬于同一族的化合物，其中有些化合物在太陽(yáng)能電池中表現(xiàn)良好。因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)構(gòu)與1839年在俄羅斯發(fā)現(xiàn)的一種名為鈣鈦礦的礦物質(zhì)相似，所以被稱為鈣鈦礦。松下與日本的新能源和工業(yè)技術(shù)開發(fā)組織合作開發(fā)了自己的材料。2020年，該公司的大尺寸鈣鈦礦光伏面板的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的水平：16.09%到17.9%之間。
松下控股公司表示，該公司可以根據(jù)客戶的需求改變其鈣鈦礦光伏板的透明度。
現(xiàn)在太陽(yáng)能電池板常用的材料是硅，不過(guò)，鈣鈦礦具備制造方法簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、設(shè)計(jì)能力靈活、能量轉(zhuǎn)換效率潛力高等優(yōu)點(diǎn)，而且其化學(xué)成分可減少稀土金屬的需求。不過(guò)它也有一些缺點(diǎn)，尤其是暴露在高溫、潮濕或雪中時(shí)可能會(huì)碎裂，而這正是松下控股公司的BIPV產(chǎn)品時(shí)常面臨的環(huán)境條件。
為了克服這一弱點(diǎn)，該公司使用了兩種方法來(lái)保護(hù)其BIPV設(shè)備免受天氣影響。
“在材料方面，順利獲得在鈣鈦礦中摻雜銫和銣等特定原子， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 開發(fā)出一種堅(jiān)固的材料。”金子幸宏說(shuō)。取得這一進(jìn)展以及實(shí)現(xiàn)20.8%能源轉(zhuǎn)換效率的研究成果發(fā)表在2019年1月11日出版的《先進(jìn)材料》雜志上。
“除了實(shí)現(xiàn)較高的熱穩(wěn)定性，建筑玻璃是完全密封的，能夠保護(hù)鈣鈦礦免受濕度和空氣的影響?！苯鹱有液暄a(bǔ)充道，“雙層玻璃還使得光伏板具有剛性?！?/p>
最近，松下控股公司在東京郊外的一棟樣板房中安裝了半透明的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池原型。
金子幸宏說(shuō)，松下控股公司正在從潛在客戶處取得有關(guān)欄桿原型光伏板的反饋，并要求測(cè)試不同尺寸的光伏面板。他說(shuō)，從4月開始，該公司將啟動(dòng)一條1米×1.8米的光伏面板示范生產(chǎn)線，同時(shí)可能會(huì)根據(jù)公司正在進(jìn)行的測(cè)試所取得的反饋，對(duì)材料和設(shè)計(jì)進(jìn)行升級(jí)。
金子幸宏說(shuō)，公司的戰(zhàn)略是避免與中國(guó)的硅光伏板和鈣鈦礦光伏板制造商直接競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)樵谝缘统杀旧a(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的光伏板方面，中國(guó)無(wú)可匹敵。“在BIPV行業(yè)，不同的建筑需要不同尺寸的窗戶和墻壁。”金子說(shuō)，“ ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 靈活的噴涂生產(chǎn)方法可以定制太陽(yáng)能板，來(lái)滿足這類要求?！?/p>
阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的教授德沃爾夫說(shuō)：“BIPV是一個(gè)有吸引力的市場(chǎng)，總體上說(shuō)，可以成為鈣鈦礦技術(shù)和一般光伏技術(shù)的一個(gè)有意義的切入點(diǎn)。這些技術(shù)還可以用來(lái)阻擋熱量進(jìn)入建筑物，從而減少對(duì)空調(diào)的需求?！?/p>
金子幸宏表示，松下控股公司計(jì)劃在5年內(nèi)將其BIPV產(chǎn)品商業(yè)化，屆時(shí)，該公司預(yù)計(jì)其商業(yè)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率將接近20%。
作者：John Boyd
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