歐美鈣鈦礦公司加速競賽鈣鈦礦電池商業化關鍵在于硅的背面

在斯威弗特太陽能公司的實驗室里，可以看到十幾副大約手肘長的橡膠手套，正如手臂一般在半空中沿水平方向擺動。

這些手套從齊腰高的玻璃墻外殼中伸出，其運動由氣態氮驅動，這樣設置的目的是保證工作空間的干燥性和氣密性，從而更好地保護需要精密加工的太陽能材料。

在實驗室的一個角落里， 技術員羅杰·湯普森將雙手合在了一起，然后開始在一塊金屬板上開槽。

而在這之后沒多久，一條傳送帶就會將這塊金屬板運到一扇金屬門之后，在那里一層用于傳導電流的化學涂層將會被涂在該金屬板上面，斯威弗特公司的首席執行官喬爾·簡將這一步驟稱為“黑匣子魔法”。

這個位于美國硅谷的實驗室由斯威弗特公司經營，該公司也是對下一代太陽能技術進行試驗的眾多公司之一。

這家初創公司正在努力贏得下一代太陽能電池的商業化競賽，也就是在太陽能電池傳統采用的硅上疊加一層鈣鈦礦材料。

將硅與鈣鈦礦這兩種可吸收不同波長陽光的材料堆疊在一起，可以達到提高太陽能電池板效率的效果，進而使每個電池板轉化更多的電能。

因此，鈣鈦礦串聯太陽能電池不僅可以降低成本，還能夠使電網中的可再生電量增加。

盡管該技術具有長遠的前景，但其商業化之路并不平坦。十多年來，公司和科學家們不斷地對這項技術進行修正，但一直沒有成功。

對于太陽能用途來說，鈣鈦礦這一材料有些不穩定，它對水、熱和光等都很敏感。而一些研究人員則警告說，留給這些研究的時間可能不多了。

美國西北大學從事鈣鈦礦技術研究的助理教授陳斌指出：“如果未來兩三年內仍沒有商業化的鈣鈦礦產品，市場對這項技術的信心可能會降低。”

與此同時，包括斯威弗特公司在內的初創公司和研究人員在如火如荼地進行研發，最近他們在提高鈣鈦礦的耐用性方面取得的進展，也讓他們更有信心。

最近幾個月中，一些大型太陽能公司對于一些鈣鈦礦初創公司的試點生產線的投資或收購， 也給這一技術投下了信任票。

現在這些公司必須要做的就是證明他們可以克服那些困擾鈣鈦礦技術多年的困難，并且生產出上百萬塊效率能夠打破此前記錄的太陽能面板。

硅的“背面”

要想將鈣鈦礦太陽能電池成功商業化，關鍵是要將鈣鈦礦與經過驗證的太陽能技術結合，這不僅可以提高鈣鈦礦的穩定性，也能繼續提振來之不易的市場信心。

美國普林斯頓大學電氣和計算機工程系教授巴里·蘭德對媒體表示：“鈣鈦礦電池商業化的主要切入點，其實就在硅的背面。”

目前全球市面上銷售的90%以上的太陽能電池板都是由晶體硅制成的。幾十年的技術經驗，使得開發商們已經知道如何圍繞這項技術進行項目規劃，投資者也已了解如何對采用這一技術的項目進行定價。

而如果可以在晶體硅面板上加上一層可提升太陽能轉化成效的鈣鈦礦，則可以讓太陽能公司在競爭激烈的行業中占據強有力的優勢。

致力于提供咨詢研究服務的彭博新能源財經公司（Bloomberg NEF）的太陽能行業分析師杰尼·查斯指出：“誰能破解這一難題并制造出更好的太陽能模板，誰就能從中賺大錢。”

獲利的想法主要在于，由于該技術的效率更高，每一瓦電量都能夠以更低的成本生產出來，然后可以再溢價出售。

但是這說起來容易做起來難。鈣鈦礦是由金屬鹵化物組成的，具有獨特的晶體結構，目前主要面臨兩大挑戰亟待解決：耐用性的提高和生產規模的擴大。

尤其是鈣鈦礦可以與空氣中的氧氣發生反應，在暴露于光照環境時會被降解，這些特性對于太陽能產品來說是一個相當大的問題。

為了生產出結構更穩定的鈣鈦礦串聯電池板，許多公司采用了蒸發、印刷（類似于報紙的墨水印刷），甚至是“旋涂”（一種看起來類似20世紀90年代旋轉藝術的技術）等計劃，來將鈣鈦礦層覆蓋在太陽能電池上。此外，改變鈣鈦礦層的組成成分也可以幫助它們持續更長的時間。

陳斌和蘭德是兩個項目的合作者，這兩個項目獲得了美國能源部數百萬美元的支持，旨在對更耐用、更快商業化的鈣鈦礦硅配置進行測試。

這些項目的其他參與者還包括一些大學、幾家鈣鈦礦初創公司（包括斯威弗特公司）和美國國家可再生能源實驗室。

持久力

蘭德和他在普林斯頓大學的團隊致力于防止鈣鈦礦的降解的研究，他對媒體表示，在過去7年間，該領域已經取得了長足的進步。今天的太陽能面板已經通過采用更好的封裝技術達到了防水的效果。

現在所需做的其實只是一個“消除游戲”，也就是確定出鈣鈦礦電池中哪些化學成分最有可能發生反應，并將它們置換掉。但他認為，進一步的實驗并不會阻礙商業化的步伐。

他說：“我認為目前取得的成果已經足以讓我們確信這一技術值得投資。但這并不代表我們已經完成了該做的工作，這其中仍有許多需要突破的困難，尤其是在穩定性方面。”

斯威弗特公司的聯合創始人兼首席技術官托馬斯·萊頓斯說，該公司現在已經可以做到將電池暴露在被光照的、溫度高達70攝氏度的環境中操作仍不會降解。

他坐在一張放置有粉色的鈣鈦礦模型的桌子旁說道：“我想說的是，這在5年前是不可想象的。”

但是這個行業還需要確保的是，每一塊電池都必須是耐用的。每一年，全球的各家公司所生產的太陽能電池板的數量高達數億塊，每塊電池板都包含數十個電池。

在這些電池面板被投入使用之前，必須通過嚴格的行業測試，例如快速溫度交變測試、濕度和冰雹測試等。

成立于2017年的斯威弗特公司現在還沒有開始進行獨立的電池板的測試，目前該公司已經可以在實驗室中對電池進行某些條件的測試，也在其屋頂上安裝了一塊面板。

而像斯威弗特和Oxford PV這樣的初創公司，正在與該行業的其他大型公司合作，以期將其技術推向市場。Oxford Pv公司是一家從高校實驗室分拆出來的英國公司，斯威弗特公司的創始人也曾在該實驗室工作過。

根據Oxford PV公司的公開信息，該公司將于2024年下半年開始向客戶交付鈣鈦礦串聯太陽能電池板。2023年5月，總部位于亞利桑那州的美國太陽能制造商First Solar也收購了一家名為Evolar的歐洲鈣鈦礦公司。

First Solar公司的首席執行官馬克·威德馬在其收購Evolar的新聞稿中指出，他們相信“ 高效的串聯光伏組件將決定未來”。

就在幾天后，另一家總部位于韓國的頂級制造商漢華Q細胞公司表示，將投資1億美元建立一條鈣鈦礦串聯電池試制線。

2022年，漢華Q細胞公司投資創建了Pepperoni公司，這是一家致力于鈣鈦礦串聯電池研發的歐洲公司。

從事與鈣鈦礦電池研究的人員認為，串聯電池的商業化所需要的可能只是幾年的時間，而非幾十年。

喬爾·簡表示，斯威弗特公司希望在四年內將產品商業化。而《通脹削減法案》中的激勵措施，包括對在美國制造的清潔能源產品的信貸，也將會有所幫助。

但是，對于鈣鈦礦太陽能技術既有支持者，也有持懷疑態度的人。查斯說，如今的硅太陽能電池面板已經足夠好，足以幫助世界向清潔能源轉型，并應對氣候變化。

長期以來，查斯對鈣鈦礦顛覆太陽能行業現狀的能力一直持懷疑態度。她說：“僅僅通過熱度和勢頭是不可能研究出新的半導體技術的，這需要技術來主導。”

然而，考慮到讓整個電網實現碳中和仍需要大量太陽能，鈣鈦礦技術的支持者認為，太陽能轉化效率的每一點提高都至關重要。

萊頓斯表示：“雖然硅太陽能面板很好，但鈣鈦礦串聯太陽能電池更好。在應對氣候變化的斗爭中， 我們需要加快步伐，而不僅僅是說，‘哦，這已經足夠好了，我們已經完成了’。一切都有可以繼續改善的空間。”（綜合整理報道）（策劃/小文）