牛津光伏：第一条晶硅钙钛矿叠层太阳能电池的量产生产线

　　Oxford PV 首席技术官 Chris Case 坚信，到 2050 年，太阳能需要占全球能源结构的 50%，才能有机会拯救这个星球。凯斯说，除了太阳能之外，没有任何真正合乎逻辑的理由来扩大能源基础设施。

　　太阳能占据更大市场份额的最大障碍在于提高电池板的效率（可以转化为电能的入射太阳能的比例）。单结电池效率的基本上限——Shockley-Queisser 极限——对于硅基电池来说约为 30%。虽然一些研究人员和企业家一直在寻找解决问题的方法，但其他人已经转向多个路口。

　　这就是英国牛津大学的衍生公司 Oxford PV 所采用的方法。它的串联电池在硅顶部有一层钙钛矿材料涂层。钙钛矿可以被调整以吸收更多的短波长、蓝绿色光，而让硅吸收更长波长、更红的光。

　　该公司已经能够创造太阳能电池效率的新记录。2020 年，Oxford PV 展示了其电池可以将 29.52%的太阳能转化为电能。商用硅面板徘徊在15-20%，最高转化率约为26%。

　　凯斯认为，在这些效率水平上，基于钙钛矿的串联电池为快速过渡到太阳能打开了大门。“随着我们提高效率，能源成本降低，这使我们能够更快地采用某些东西，从而进一步降低成本，”他说。“我们越快加快采用太阳能，我们就越有可能阻止气候变化。”

　　Oxford PV 于 2010 年由物理学家 Henry Snaith 和高科技公司的连续创业者 Kevin Arthur 从牛津大学分拆出来。凯斯于 2014 年受雇将该产品商业化——最初旨在用于建筑集成光伏应用，之后重点转向串联太阳能电池。

　　电池的商业生产将于 2021 年在 Oxford PV 位于德国的工业基地开始，德国是欧洲最大的太阳能市场。在因 Covid-19 和相关供应链问题而推迟之后，现在准备在今年晚些时候开始。这将是世界上第一条硅钙钛矿串联太阳能电池的量产生产线。这座 100 兆瓦/年产能的工厂将首先为住宅客户提供服务，然后再扩展到商业客户，并最终扩展到对价格高度敏感的公用事业部门。

　　虽然已经以具有竞争力的价格向房主提供效率超过 20% 的硅太阳能电池板，并且硅电池技术也在不断改进，但凯斯坚持认为，如果太阳能要发挥其潜力，就必须超越硅。

　　硅是一种间接带隙半导体，因此在光子和电子之间的转移中总会损失一些能量。硅还需要经过精心提纯，将其提取并加工成高质量的太阳能电池是一个资源密集型过程。“制造 100 万瓦太阳能电池需要 7 吨硅，但同样的结果只需要 35 公斤钙钛矿，”凯斯说。

　　Oxford PV 认为，生产钙钛矿电池所涉及的较低环境足迹在一定程度上抵消了材料未解决的问题。其中最突出的是它们含有铅。诸如锡之类的替代品已经过尝试和测试，但电池的性能会迅速下降。

　　对 Oxford PV 串联电池的生命周期分析表明，它们所含的少量铅如果逃逸，不会对环境毒性产生太大影响。对于铅工人可能接触的水平有严格的职业接触限制，但欧盟立法允许在太阳能电池中使用铅。“这并不意味着从长远来看减少或消除它是不可取的，”凯斯说，牛津光伏正试图逐步淘汰用于连接太阳能电池板中电线和连接器的铅。

　　总体而言，Oxford PV 声称用其钙钛矿材料生产电池是可持续的。 该公司去年发布的一项分析表明，有足够的原材料可用于制造钙钛矿太阳能电池，该电池可在峰值效率下产生超过 30 太瓦的电力。 这足以满足从现在到 2050 年预计建成的所有太阳能发电量。

　　该公司计划到 2024 年将其目前 100 兆瓦/年的产能工厂扩大到 2 吉瓦/年，并在此之后每两年建造更多工厂。凯斯说，到本世纪末，牛津光伏应该有至少 10 吉瓦/年的高效太阳能电池在生产中。'对高效太阳能产品的需求是巨大的，并且该产品没有商业上可行的替代品。你可以制造尽可能多的硅，但如果没有一些多结方法，你就无法让太阳能电池 变得更高效。