湖北日?qǐng)?bào)訊 圖為實(shí)驗(yàn)人員正在制造印刷介觀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。
圖為印刷介觀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。
文/圖 記者 廖志慧 通訊員 榮耀光
【序言】
見過屋頂上的太陽(yáng)能，見過地面上的光伏板，你可見過可直接印刷在玻璃上的太陽(yáng)能電池？
近日，華中科技大學(xué)印刷介觀太陽(yáng)能電池材料與器件團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)出的新型太陽(yáng)能電池正在積極準(zhǔn)備量產(chǎn)，這種電池不僅可以印刷，每峰瓦成本還僅為傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的1/5。一旦這種新型太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，將為大規(guī)模低成本太陽(yáng)能發(fā)電探出新路。
接下來(lái)，就跟著記者一起，走進(jìn)鄂州市東湖高新科技創(chuàng)意城，聽聽這位新朋友的自我介紹吧！
鈣鈦礦，其實(shí)不含鈣也不含鈦
我的名字叫印刷介觀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，可是我不含鈣，也不含鈦。
鈣鈦礦的名字其實(shí)是以一位俄羅斯科學(xué)家命名的。1839年，俄羅斯礦物學(xué)家列夫·波洛夫斯基在俄羅斯烏拉爾山脈發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦。人們就以他的名字命名了鈣鈦礦，最初單指鈦酸鈣（CaTiO3）這種礦物，后來(lái)把結(jié)構(gòu)與之類似的晶體統(tǒng)稱為鈣鈦礦物質(zhì)。
這種物質(zhì)可以產(chǎn)生許多神奇的小魔法。比如說(shuō)，將其用到太陽(yáng)能電池中，就可以變成光電轉(zhuǎn)換效率更高的我。
想要了解我如何施展魔法，就要先了解太陽(yáng)能電池如何工作。
太陽(yáng)光入射到電池活性層后隨即被吸收，產(chǎn)生電子空穴對(duì)。電子空穴對(duì)分離后，輸運(yùn)到電極形成回路。因此，只要有光，就能源源不斷地產(chǎn)生電能了。
晶硅、薄膜等傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池，光子捕獲和電荷輸運(yùn)的過程是在同一個(gè)半導(dǎo)體材料中完成的；而在我的內(nèi)部，華科大團(tuán)隊(duì)把鈣鈦礦放在三層介孔膜（具有納米結(jié)構(gòu)的多孔膜）里面，負(fù)責(zé)光子的捕獲；而另外一種半導(dǎo)體材料“專職”傳輸電子，它們各司其職，工作起來(lái)心無(wú)旁騖，我的效率自然就高啦！目前，我這種新型太陽(yáng)能電池在華科大團(tuán)隊(duì)已經(jīng)獲得超過16%的光電轉(zhuǎn)換效率。
2008年開始，華科大團(tuán)隊(duì)一直對(duì)我進(jìn)行細(xì)致深入地研究。直到2013年獲得突破，2014年《科學(xué)》（Science）第345期刊發(fā)了研究論文《一種具有高穩(wěn)定性的無(wú)空穴傳輸材料可全印刷介觀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池》。這也是中國(guó)首次在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的光伏類論文，至今引用次數(shù)已超過1000次。
可印刷，成本僅為傳統(tǒng)電池的1/5
在我之前，世界上主要有3種類型的太陽(yáng)能電池，它們的轉(zhuǎn)化效率都比較高，但造價(jià)也較高。
最“高貴”的是多結(jié)太陽(yáng)能電池。這種電池用于衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)等，光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)46%，造價(jià)昂貴。
最常見的是晶硅太陽(yáng)能電池。用它做成的光伏發(fā)電面板隨處可見，光電轉(zhuǎn)換效率約在18%，每平方米造價(jià)為500元至700元。
第三種是薄膜太陽(yáng)能電池。摩拜單車車簍底部采用的，就是這種電池。它的特點(diǎn)是薄，厚度為晶硅電池的1/10，轉(zhuǎn)換效率約為10%—12%。
太陽(yáng)能電池造價(jià)居高不下，是光伏發(fā)電推廣難的一個(gè)主要原因?，F(xiàn)在市面上推出的一種分布式薄膜太陽(yáng)能產(chǎn)品“漢瓦”，可直接鋪在屋頂上，其定價(jià)為1390元/平方米。
如果是用上我，成本比上述3種低得多，每平米預(yù)計(jì)成本將低至100元。
成本為啥能降下來(lái)？這與制作工藝有關(guān)。
首先，工程師用溶液把鈣鈦礦身上的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物溶化，調(diào)配成一種特殊的“墨水”，然后，將“墨水”均勻地刷到導(dǎo)電玻璃上，印刷三到四次后進(jìn)行沉積，最后封裝。我就新鮮出爐啦！
由于材料便宜，工藝簡(jiǎn)單，成品價(jià)格就降下來(lái)了。
已經(jīng)過1萬(wàn)小時(shí)持續(xù)光照實(shí)驗(yàn)，結(jié)果極其鼓舞人心
價(jià)格低，穩(wěn)定性好不好呢？這點(diǎn)可以放心，我已經(jīng)過了1萬(wàn)小時(shí)的持續(xù)光照實(shí)驗(yàn)，意味著至少工作10年后我還是“新”的。至于我能否工作25年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，則還需要科學(xué)家對(duì)我進(jìn)一步評(píng)估。
我的出色表現(xiàn)，在國(guó)際上還引起了非常大的關(guān)注。2015年，英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士、《自然》2013年度十大科學(xué)人物之一H.J.Snaith教授評(píng)價(jià)說(shuō)：“結(jié)果是‘極其鼓舞人心的’，改變了人們對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池‘本質(zhì)上不穩(wěn)定’的看法?！?/p>
因?yàn)槲页錾谖錆h，國(guó)際專家又把我稱為“武漢電池”或“漢電池”?！爸魅恕币褳槲疑暾?qǐng)了15項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，7項(xiàng)國(guó)際專利，目前11項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利、1項(xiàng)美國(guó)、1項(xiàng)日本專利已獲得授權(quán)。
看好我的應(yīng)用前景，鄂州市昌達(dá)資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)公司已經(jīng)給我投資，并成立了湖北萬(wàn)度光能有限責(zé)任公司，支持華科大團(tuán)隊(duì)把我做得更好。
不過，我暫時(shí)還有一些難關(guān)需要攻克?，F(xiàn)在，我的尺寸可以達(dá)到60厘米X60厘米，但這個(gè)尺寸還需要更大。今年年底，“主人”將建設(shè)一個(gè)萬(wàn)瓦級(jí)的示范性系統(tǒng)，讓我經(jīng)受更多更大的考驗(yàn)。不久的將來(lái)，或許我可以印刷在摩天大樓的外墻和玻璃上，給大家提供電能呢！
能否成功量產(chǎn)，請(qǐng)大家拭目以待吧！
