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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一直備受關(guān)注，光伏制造商、資本市場、研發(fā)團(tuán)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(zhuǎn)換效率在不斷提高，而且比較輕薄，應(yīng)用場景豐富，材料制造成本比較低。缺點是穩(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，有些專注于鈣鈦礦與晶硅的混合，形成疊層太陽能，也有研究團(tuán)隊，為了提高效率，開發(fā)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(fā)的雙面鈣鈦礦太陽電池實現(xiàn)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(chǎn)20%的電量。

這項題為 "高效雙面單結(jié)鈣鈦礦太陽電池"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(xiàn)發(fā)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(dá)到了創(chuàng)紀(jì)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(dá)24%左右，效果還是很不錯的。

這是怎么實現(xiàn)的呢？

研究人員稱，他們設(shè)計出一種厚度經(jīng)過改良的雙面鈣鈦礦太陽能電池，在雙面光照下實現(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(jù)模擬值指導(dǎo)，研究小組設(shè)計出精確厚度為850納米的雙面電池。這比人類頭發(fā)厚度小多了，人類頭發(fā)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(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行。"

他補充表示，雖然生產(chǎn)成本比單面電池高，但從長遠(yuǎn)來看，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 的研究由美國能源部太陽能技術(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)，更不用說雙面電池了。業(yè)界認(rèn)為，鈣鈦礦可能會從屋頂和小規(guī)模項目開始進(jìn)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(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技術(shù)推向市場的人所關(guān)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(fā)出一種效率高達(dá)30.2%的雙面串聯(lián)鈣鈦礦太陽能電池，比常規(guī)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(shù)、晶體硅技術(shù)和雙面硅技術(shù)，除正面吸收陽光發(fā)電外，其背面也能接收來自環(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能電池的上限，實現(xiàn)了30.2%的高光電轉(zhuǎn)換效率。

在中國，雙面晶硅太陽能已經(jīng)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(fā)電的設(shè)計，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的陽光,可使光伏電站的發(fā)電效率提升5%-7%。