英国创业企业,打造超级光伏材料

翻译:徐翰

原文作者:Ucilia Wang, GigaOM

两年前,英国研究者和企业家Henry Snaith及其在牛津大学团队实验了一组新化合物,并发现一些不同寻常的事情。运用这些被称为钙钛矿的物质,Snaith能够改变太阳能电池的组分,迅速提高可转化为电能的光量,一开始其效率是10%,然后是12%、15%,最后达到17%。他很快将这一太阳能电池展示给了在创办已经4年的创新企业——牛津光伏的合伙创始人Kevin Arthur,Arthur那时在致力于另一种光伏技术。这家公司迅速转而力推钙钛矿,Arthur最近在旧金山一起喝咖啡时回忆说,“这是我见过的效率提升得最快的光伏电池材料”。

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图:各类光伏电池效率提升历史曲线 (译者注,来源Osslia)

Henry Snaith的研究发表在2012年11月的《Science》杂志上,吸引了一些日本科学家,也推动世界光伏材料研究领域与钙钛矿的“热恋”。牛津光伏首席技术官Chris Case在加入谈话后说,“一年前只有4篇论文,但一个月前已经有200篇论文了,这显示了兴趣的爆发。”钙钛矿正在给光伏技术研究世界带来许久未见的兴奋,它能够迅速提升电池效率是主要原因之一。在新型太阳能电池材料上只有极少数风险投资,这是21世纪前十年中期开始的投资热潮最后只带来乏善可陈回报的后果,不过因此我们也值得关注这些围绕钙钛矿的浓厚兴趣。至今为止,尽管有牛津光伏的行动,但热烈讨论大多发生在学术世界里。我们可能也永远不会看到类似CIGS和碲化镉(CdTe)薄膜材料那样的数十家太阳能初创企业获得数十亿美元的风险投资的盛况。许多CIGS初创企业已经走向破产或者被廉价收购。而唯一值得注意的碲化镉太阳能电池制造商是FirstSolar,它成功抵挡住了其最大的竞争对手GE。

这又是怎样的材料?

钙钛矿是指一类具有相同晶体结构的化合物。钙钛矿是最初于1839年被发现于俄罗斯的乌拉尔山脉,并根据矿物学家Lev Perovski命名。但从那时开始的大部分研究主要关注于制造电子元件,而非光伏电池。

被命名为钙钛矿的物质是氧化钙钛。不过Case表示,牛津光伏使用的材料没有钙、钛或氧,公司使用了另一种化合物——有机金属卤化物,并构建了相同的晶体结构。牛津光伏的钙钛矿材料包含甲基铵、铅、碘和氯,可以吸收比占据今日光伏电池市场80%份额的硅材料更大光谱范围的可见光。创业企业里的研究者调整了其钙钛矿的组分和结构以提升其光电效率和规模生产的可能性。研究人员也在开发一种打印方法来沉积钙钛矿,变成液体后制造太阳能电池。在被加热后钙钛矿结晶,其原子自组装成型。Arthur说,“我们已经得到了廉价的材料来制造这些电池,几乎每天效率都在提升”,我们认为经过1-2年的优化后它会比硅电池更有效率。

但牛津光伏并不计划制造他们自己的钙钛矿电池。它们希望将制造化合物的方法授权给一家化工企业,将打印方法授权给玻璃制造商或硅电池制造商。这家公司计划通过对每个制造出的电池和每一米的玻璃收取使用费来赚钱。

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图:牛津光伏电池样品

 硅太阳能电池制造商可以在其电池顶层铺一层钙钛矿,提高其目前多数为十几个百分点的效率(SunPower的电池效率可以高达24%)。Case介绍称,增加了牛津光伏的钙钛矿层后,一枚15%硅太阳能电池的效率可以提升3-5个百分点。这是个大胆的承诺,因为哪怕只是将电池效率提升1%也对硅太阳能电池制造商是项巨大的生意,对其它类型的电池制造商也是如此。玻璃制造商则可以用牛津光伏的打印过程来把钙钛矿和其他染色的窗口材料夹入到两片玻璃间,但这样在效率和透明性上需要权衡,窗口材料通过越多光线,则光伏材料吸收和产生的电量就越少。

嵌入式太阳能面临的挑战

我们坐在君悦大酒店32层俯瞰旧金山市中心美景的巨大窗户前,讨论商业建筑中的工程玻璃似乎对于谈话而言很适合。

将太阳能电池嵌入到建筑物里一直以来都更多是像某种好主意而非经济的方法。那些不会阻碍窗户视线的太阳能电池在大规模光电转换上表现很差,而其他类型的太阳能电池则制造成本高昂。除此之外,当沿着建筑物单边铺设时他们也不能产生与在屋顶时一样的电力,因为在屋顶它们可在每天更长时间内获取阳光。对许多建筑师和建筑物所有者而言,添加光伏需要能产生足够的经济效益,如降低水电费来节约足够能源的方式来合理化其成本。因此,一项可以用低成本产生大量电力的太阳能技术将提供更具吸引力的选择。

牛津光伏正在向商业化钙钛矿技术迈步。17%效率的电池是其实验室至今的最高成就,但是确保这一技术能够在大规模量产时产生相近效率一直是太阳能初创企业的巨大挑战。公司已经建成了中试生产线来展示其制造工艺,也在展示其钙钛矿将会有承诺一样的表现并持续20年——今日市场光伏电池的预期寿命。这家创业企业计划今年开始实地测试其技术。该公司已经募集了700万英镑的风险投资和拨款。Arthur正在募集B轮所需的两期共1500万英镑资金,并希望年底前结束第一期的融资,公司也在寻求开设硅谷办公室。

牛津光伏是钙钛矿光伏市场的先驱,其获取何等成功将被密切关注。

 

原文题目:The British startup is building a super solar material

原文链接:http://gigaom.com/2014/07/22/this-british-startup-is-building-a-super-solar-material/

图片版权:Oxford Photovolatics