柔性鈣鈦礦電池研發(fā)獲新進(jìn)展 或成行業(yè)顛覆性競爭者

伴隨著智能電子工業(yè)的快速發(fā)展，柔性可穿戴電子成為未來電子元器件發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。而目前，作為其重要的組成部分的電源對可穿戴電子的戶外使用性、大面積貼合性和安全性有較大限制。因此柔性太陽能電池受到了越來越多的關(guān)注。

競爭焦點(diǎn) 柔性鈣鈦礦電池未來如何

近日，羅馬大學(xué)、德國弗勞恩霍夫有機(jī)電子研究所和哥倫比亞南哥倫比亞大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種可彎曲的鈣鈦礦太陽能電池，用于室內(nèi)應(yīng)用，據(jù)稱可以在100－500勒克斯照度下工作。

相比傳統(tǒng)的硅晶太陽能電池，柔性鈣鈦礦太陽能電池是基于可以彎曲、折疊、重量低的太陽能電池，因其高效率，低成本，且制備工藝簡單，因而成為太陽能電池行業(yè)最具顛覆性的競爭者之一。柔性鈣鈦礦太陽能電池可以滿足航空航天中的臨近空間裝備、野外軍事信息化裝備、陽光動力無人機(jī)、高空探測裝備以及如手機(jī)等種類繁多消費(fèi)類電子產(chǎn)品的一些特別需求。而柔性襯底是決定柔性鈣鈦礦太陽能電池性能的關(guān)鍵因素。

目前用于柔性器件制備的襯底主要為聚合物襯底，當(dāng)達(dá)到臨界彎曲半徑時，其透明導(dǎo)電層發(fā)生斷裂，導(dǎo)致光電性能發(fā)生嚴(yán)重衰減，同時水分子極易穿過聚合物襯底，影響電池的機(jī)械和鈣鈦礦長期穩(wěn)定性。上文提到的研究成果100微米厚的設(shè)備是通過在透光率超過80％、每平方電阻為13歐姆、彎曲度在20．5mm曲率下超過1600道彎曲工序的超薄柔性玻璃上涂覆銦錫氧化物的滾對滾濺射技術(shù)制造的。該設(shè)備在致密的氧化錫層上安裝了介孔支架，據(jù)研究人員稱，在200和400勒克斯LED照明下，這是實(shí)現(xiàn)20．6％和22．6％細(xì)胞轉(zhuǎn)換效率的決定性因素。據(jù)開發(fā)人員說，這些效率水平是設(shè)計用于室內(nèi)使用的柔性光伏電池的最高記錄，也比柔性基板上性能最好的鈣鈦礦光伏電池高60－90％。“每克重量（W／g）的特定功率（瓦特）比塑料聚對苯二甲酸乙二醇酯（Pet）薄膜高出40－55％，比剛性玻璃高出一個數(shù)量級，”歐洲－哥倫比亞小組說。從理論上講，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成為了行業(yè)顛覆性競爭者。

研究合著者托馬斯·布朗說，估計生產(chǎn)成本生產(chǎn)成千上萬平方米的完全封裝鈣鈦礦在柔性太陽能電池玻璃每年將大約110美元／每平方米。“考慮到為低功率電子設(shè)備（如無線傳感器）提供能量所需的電池面積取決于室內(nèi)照明水平；設(shè)備的耗電量有多高；以及它感知和交流的頻率；因此，生產(chǎn)光伏組件的相關(guān)成本——不包括切割、包裝和集成——將從不到0．10美元到1美元不等?！膘`活的鈣鈦礦的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的太陽能電池在寵物基質(zhì)成本約為34美元／ 每平方米，不包括特殊封裝成本?！敖粨Q的成本靈活的塑料基板，約6美元／每平方米，超薄玻璃基板的估計成本大約40美元／ 每平方米，鈣鈦礦太陽能電池的制造成本靈活的玻璃將是68美元／每平方米。增加10美元對于簡單的塑料薄膜封裝和40美元一片靈活的玻璃－所需的應(yīng)用程序需要的最長壽命的成本完全封裝光伏電池對超薄柔性玻璃室內(nèi)使用78 － 108美元／每平方米。

據(jù)微鋰電小組分析，設(shè)備靈活的精密卷繞對位制造玻璃不僅可以實(shí)現(xiàn)氧化錫銦，而且對所有其他層在未來為了降低制造成本，提高生產(chǎn)產(chǎn)量的太陽能電池和允許靈活的鈣鈦礦的應(yīng)用這些設(shè)備作為首選室內(nèi)光線礦車為低功耗電子、傳感器節(jié)點(diǎn)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。此外，研究人員補(bǔ)充說，將他們的設(shè)備投入大規(guī)模生產(chǎn)將需要將電池面積從1平方厘米增加到10平方厘米左右，潛在地將效率數(shù)字降低到18％左右——對于柔性鈣鈦礦電池來說仍然是非常高的。

太陽能電池產(chǎn)業(yè)一直是國際高科技產(chǎn)業(yè)競爭的焦點(diǎn)。最近幾年一個突出的現(xiàn)象就是不同國家和研發(fā)團(tuán)隊技術(shù)的突破和成果的發(fā)布時間點(diǎn)往往都非常接近。近期，西安交大電信學(xué)院吳朝新教授他的團(tuán)隊研制的柔性鈣鈦礦太陽能電池也已發(fā)布，目前實(shí)現(xiàn)玻璃基板鈣鈦礦電池效率突破22％，柔性器件效率突破19％。在國內(nèi)A股上市企業(yè)中，主營包括晶體硅太陽能電池芯片及組件業(yè)務(wù)的拓日新能（002218）在鈣鈦礦太陽能電池項(xiàng)目最近取得重大進(jìn)展；萬潤股份（002643）和金信諾（300252）也擁有鈣鈦礦太陽能電池應(yīng)用和制備方面專利儲備。