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環保科技/鈣鈦礦冒起 港太陽能更有作為\大公報記者 關據鈞

時間:2020-12-26 04:23:38來源:大公報

  圖:鈣鈦礦光伏板可滾壓製成薄膜裝貼在建築物外牆或夾在玻璃窗中間,而且基於其特性及生產方式可造成不同顏色

  太陽能被稱為用之不盡的能源,估算太陽還餘下50億至60億年壽命,香港多年來亦廣泛利用太陽能板發電。在減少碳排放的世界潮流下,全球科學家努力找尋更有效利用太陽能的方法。

  現時最常用方法是利用矽光伏板,吸收太陽光再轉化為電能,不過,太陽能光伏板以矽作為製造物料,最高效能估計僅約30%,而且製造成本高昂。科學家一方面優化矽光伏板,同時找尋新物料,隨着首個以「鈣鈦礦」製成的太陽能電池於2009年在日本面世,太陽能發電技術的發展正在不斷刷新紀錄。

  新物料「鈣鈦礦」是由科學家研發出來的物質,它是模仿自然界礦物質鈣鈦礦的結構,合成出來的一種物質(詳見另文)。2009年,日本桐蔭橫濱大學宮坂力教授產出首個以「鈣鈦礦」製成的太陽能電池後,科學界聚焦研究,如何將這種研發出來的新物料用於太陽能發電。

  太陽能光伏板目前的主流製造物料是矽,相比較下,「鈣鈦礦」有多個不同的優勢,首要是它的製造成本較低。「鈣鈦礦」主要是以胺(阿摩尼亞)、鉛,加上另一樣物質,例如碘、溴、氯等結合而成。「相信不少人都聽過阿摩尼亞、鉛、氯等,這些都是很普通的材料,加上合成技術不算複雜,因此將這些物質結合成鈣鈦礦,花費根本不高。」香港城市大學化學及材料科學講座教授任廣禹說。

  鈣鈦礦製光伏板耗用能源少

  業界估計,若將一件鈣鈦礦光伏板與一件發電效能相若、而技術發展已經極成熟的矽光伏板比較,在量產初期,物料成本方面兩者會很接近,但在量產五年後,鈣鈦礦光伏板的成本預計會低於矽光伏板。

  除了物料成本減低,在生產成本方面,鈣鈦礦光伏板的優勢更明顯。矽片由原材料矽到加工至接近成品,要經過長達400公里的生產線,當中最後一個加熱步驟,要在超過1000℃(部分高達3000℃)的電高溫爐將矽片淨化;某程度而言,矽光伏板是表面環保、內裏高耗的物品。不少廠商透過減少高溫爐的電耗,作為壓縮成本的最有效方法。不過,近10年電爐的能耗最有效只能減少約40%,而普遍只減少約20%。

  任廣禹教授指出,相比較下,鈣鈦礦的生產溫度只需約90℃至180℃,而且製作容易。簡單來說,只要將物料浸在不同的溶液中,鈣鈦礦的化學結構會自然地準確排列,從而減少大量加熱用的能源。

  鈣鈦礦在光轉電效率表現方面也有極大潛力。工業化生產的矽光伏板,光轉電效率約為21%至23%,物理極界效率則約30%。至於鈣鈦礦的光轉電效率,由2009年首次用於太陽能發電時僅得約3.8%,短短10年間已提升至接近27%。科學家估計,鈣鈦礦的物理極界效率至少達50%,如在物料及結構兩方面再作出變革,有望再推高至約70%。

  發電成本比矽光伏板少一半

  憑藉物料成本、製造成本、生產能耗這三方面的優勢,業界估計,鈣鈦礦光伏板在大規模量產後,其發電成本僅是目前矽光伏板的一半,即近乎目前以煤、油、氣等石化能源的發電成本,甚至有可能更低。

  矽光伏板一般較大片、較重,而且是硬板狀的形態。鈣鈦礦光伏板則不一定產成硬板狀,例如可滾壓製成具彈性的薄膜,鋪貼在平面、曲面,甚至立體的表面,也可以像印刷般噴印出來。目前,矽光伏板只能做成墨藍色,而鈣鈦礦基於其特性及生產方式,光伏板可造成不同顏色。

  任廣禹教授相信,鈣鈦礦除可製成目前常見的大型光伏板外,也可用於裝貼在建築物外牆、夾在建築物或車船的玻璃窗中間,甚至塗貼在手表、手機、車身之上等,他形容,「差不多想得到的表面,將來都可以用來發電。」

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