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比爾·蓋茨的太陽能夢想:引領能源革新的關鍵

去年,太陽能電池板在美國能源生產中所占比例近5%,相比10年前增長了11倍,足以為大約2500萬家庭提供電力。太陽能是新增電力來源中增長最快的,2022年新增電力發電量的50%來自太陽能。然而,幾乎所有用於發電的太陽能模塊都由中國製造的傳統矽基板組成,這種技術自20世紀50年代發現以來幾乎沒有改變。


其他使用的材料,如砷化鎵、銅銦鎵硒和碲化鎘(美國最大太陽能公司第一太陽能公司的關鍵材料),可能非常昂貴或有毒。支持鈣鈦礦太陽能電池的人士表示,它們在至少兩個方面能夠優於矽:提高效率,並加速應對氣候變化的努力。就在本週,第一太陽能公司宣布收購歐洲鈣鈦礦技術公司Evolar。


矽太陽能電池的限制

光伏電池將陽光中的光子轉化為電能。然而,不同光子具有不同的能量,對於矽基太陽能電池來說,只有特定能量的光子能夠轉化為電能。這導致矽太陽能電池在太陽光譜的某些區域上表現不佳,無法充分利用可用的能源。


鈣鈦礦太陽能電池的潛力

鈣鈦礦太陽能電池由鈣鈦礦結構的薄膜組成,這種結構能夠有效地吸收來自太陽的不同能量的光子,從而提高能量轉換效率。實驗室中的鈣鈦礦太陽能電池效率最高可達25.7%,而結合矽太陽能電池的鈣鈦礦/矽太陽能電池的效率最高可達31.25%。


與傳統的矽太陽能電池相比,鈣鈦礦電池具有幾個優勢。由於其薄度僅為1微米以下,鈣鈦礦電池可以以更低的成本生產,並可以在表面上塗刷或噴塗。相比之下,矽太陽能電池需要高溫和能源密集的過程來去除雜質,這導致生產成本和碳排放量更高。史丹福大學的分析估計,鈣鈦礦模塊的製造成本僅為每平方英尺25美分,而矽太陽能電池則需要2.5美元。


全球各地的公司正在投資鈣鈦礦太陽能電池的研發與應用。例如,CubicPV和Oxford PV正在開發結合鈣鈦礦和矽的雙結太陽能電池模塊,以最大程度地提高發電效率。這些公司與Caelux一起致力於商業化雙結太陽能電池模塊的應用,並得到了比爾·蓋茨的突破能源創投公司(Breakthrough Energy Ventures)和Vinod Khosla等知名投資者的支持。上個月,能源部宣布CubicPV將成為麻省理工學院一個新的研究中心的主要行業參與者,該中心將利用自動化和人工智能技術來優化雙結太陽能電池板的生產。與此同時,CubicPV正準備選擇在美國建立一家新的10GW矽晶圓廠的位置,他們表示這將加快雙結技術的發展。

牛津光伏位於德國勃蘭登堡州的製造廠宣稱其雙結太陽能電池的效率達到28%


"雙結技術可以從陽光中提取更多的能量,使每個太陽能設施更加強大,加速全球減輕氣候變化的能力," Van Mierlo說道。"我們相信,在未來十年內,整個行業將轉向雙結技術。"


然而,鈣鈦礦太陽能電池仍然面臨一些挑戰。例如,鈣鈦礦中使用的鉛可能具有環境和健康風險,因此需要找到替代材料。此外,鈣鈦礦太陽能電池在長期穩定性和可靠性方面仍需進一步研究和改進。


無論如何,鈣鈦礦太陽能電池作為一種潛在的革新技術,將為可持續能源行業帶來巨大的機會。這種高效率、低成本、可塗刷的太陽能電池有望加速可再生能源的普及,減少對化石燃料的依賴,並推動應對氣候變化的努力。鈣鈦礦太陽能電池可能成為能源轉型的重要關鍵,為我們的星球創造更綠色和可持續的未來。


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