在 Swift 太陽能公司的實驗室里，可以看到十幾副大約手肘長的橡膠手套，正如手臂一般在半空中沿水平方向擺動。
這些手套從齊腰高的玻璃墻外殼中伸出，其運動由氣態(tài)氮驅(qū)動，這樣設置的目的是保證工作空間的干燥性和氣密性，從而更好地保護需要精密加工的太陽能材料。
在實驗室的一個角落里，技術員羅杰·湯普森（Roger Thompson）將雙手合在了一起，然后開始在一塊金屬板上開槽。
而在這之后沒多久，一條傳送帶就會將這塊金屬板運到一扇金屬門之后，在那里一層用于傳導電流的化學涂層將會被涂在該金屬板上面，Swift 公司的 CEO 喬爾·簡（Joel Jean）將這一步驟稱為“黑匣子魔法”。
這個位于美國硅谷的實驗室由 Swift 公司經(jīng)營，該公司也是正對下一代太陽能技術的進行試驗的眾多公司之一。
這家初創(chuàng)公司也在努力贏得下一代太陽能電池的商業(yè)化競賽，也就是在太陽能電池傳統(tǒng)采用的硅上疊加一層鈣鈦礦材料。
將硅與鈣鈦礦這兩種可吸收不同波長陽光的材料堆疊在一起，可以達到提到太陽能電池板效率的效果，進而使每個電池板產(chǎn)生更多的電能。
因此，鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池不僅可以降低成本，還能夠使電網(wǎng)中的可再生電量增加。
盡管該技術具有長遠的前景，但其商業(yè)化之路并不平坦，十多年來，公司和科學家們不斷在對這項技術進行修正，但一直沒有成功。
對于太陽能用途來說，鈣鈦礦這一材料有些過于不穩(wěn)定，它對水、熱和光等都很敏感。而一些研究人員則警告說，留給這些研究的時間可能不多了。
美國西北大學從事鈣鈦礦技術研究的助理教授 Bin Chen 指出：“如果未來兩三年內(nèi)仍沒有商業(yè)化的鈣鈦礦產(chǎn)品，市場對這項技術的信心可能會降低。”
與此同時，包括 Swift 公司在內(nèi)的初創(chuàng)公司和研究人員在如火如荼地進行研發(fā)，最近他們在提高鈣鈦礦的耐用性方面取得的進展，也讓他們更加大膽。
最近幾個月中，一些大型太陽能公司對于一些鈣鈦礦初創(chuàng)公司的試點生產(chǎn)線的投資或收購，也給這一技術投下了信任票。
現(xiàn)在這些公司必須要做的，就是證明他們可以克服那些困擾鈣鈦礦技術多年的困難，并且生產(chǎn)出上百萬塊效率能夠打破此前記錄的太陽能面板。
硅的“背面”
要想將鈣鈦礦太陽能電池成功商業(yè)化，關鍵是要將鈣鈦礦與經(jīng)過驗證的太陽能技術結合，這不僅可以提高鈣鈦礦的穩(wěn)定性，也能繼續(xù)提振來之不易的市場信心。
（來源：SWIFT SOLAR）
美國普林斯頓大學電氣和計算機工程系教授巴里·蘭德（Barry Rand）對媒體表示：“鈣鈦礦電池商業(yè)化的主要切入點，其實就在硅的背面。”
目前全球市面上銷售的 90% 以上的太陽能電池板都是由晶體硅制成的。幾十年的技術經(jīng)驗，使得開發(fā)商們已經(jīng)知道如何圍繞這項技術進行項目的規(guī)劃，投資者也已了解如何對采用這一技術的項目進行定價。
而如果可以在晶體硅面板上加上一層鈣鈦礦，則可以讓太陽能公司在競爭激烈的行業(yè)中占據(jù)強有力的優(yōu)勢。
致力于提供咨詢研究服務的彭博新能源財經(jīng)公司（BloombergNEF）的太陽能行業(yè)分析師杰尼·查斯（Jenny Chase）指出：“誰能破解這一難題并制造出更好的太陽能模板，誰就能從中賺大錢。
獲利的想法主要在于，由于該技術的效率更高，每一瓦電量都能夠以更低的成本生產(chǎn)出來，然后可以再溢價出售。”
但是這說起來容易做起來難。鈣鈦礦是由金屬鹵化物組成的，具有獨特的晶體結構，目前主要面臨兩大挑戰(zhàn)亟待解決：耐用性的提高和生產(chǎn)規(guī)模的擴大。
尤其是鈣鈦礦可以與空氣中的氧氣發(fā)生反應，在暴露于光照環(huán)境時會被降解，這些特性對于太陽能產(chǎn)品來說是一個相當大的問題。
為了生產(chǎn)出結構更穩(wěn)定的鈣鈦礦串聯(lián)電池板，許多公司采用了蒸發(fā)、印刷（類似于報紙的墨水印刷），甚至是“旋涂”（一種看起來類似 20 世紀 90 年代旋轉(zhuǎn)藝術的技術）等計劃，來將鈣鈦礦層覆蓋在太陽能電池上。此外，改變鈣鈦礦層的組成成分也可以幫助它們持續(xù)更長的時間。
Chen 和蘭德是兩個項目的合作者，這兩個項目獲得了美國能源部數(shù)百萬美元的支持，旨在對更耐用、更快商業(yè)化的鈣鈦礦硅配置進行測試。
這些項目的其他參與者還包括一些大學、幾家鈣鈦礦初創(chuàng)公司（包括 Swift 公司）和美國國家可再生能源實驗室。
持久力
蘭德和他在普林斯頓大學的團隊致力于防止鈣鈦礦的降解的研究，他對媒體表示，在過去七年間，該領域已經(jīng)取得了長足的進步。今天的太陽能面板已經(jīng)通過采用更好的封裝，可以達到防水的效果。
現(xiàn)在所需做的其實只是一個“消除游戲”，也就是確定出鈣鈦礦電池中哪些化學成分最有可能發(fā)生反應，并將它們置換掉。但他認為，進一步的實驗并不會阻礙商業(yè)化的步伐。
他說：“我認為已經(jīng)取得的成果已經(jīng)足以讓我們確信這一技術值得投資。但這并不代表我們已經(jīng)完成了該做的工作，仍有許多需要突破的困難，尤其是在穩(wěn)定性方面。”
Swift 公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術官托馬斯·萊頓斯（Tomas Leijtens）說，該公司現(xiàn)在已經(jīng)可以做到將電池暴露在被光照的、溫度高達 70°C 的環(huán)境中操作仍不會降解。
他坐在一張放置有粉色的鈣鈦礦模型的桌子旁說道：“我想說的是，這在五年前是不可想象的”。
但是這個行業(yè)還需要確保的是，每一塊電池都必須是耐用的；每一年，全球的各家公司所生產(chǎn)的太陽能電池板的數(shù)量高達數(shù)億塊，每塊電池板都包含數(shù)十個電池。
在這些電池面板被投入使用之前，必須通過嚴格的行業(yè)測試，例如快速溫度交變測試、濕度和冰雹測試等。
成立于 2017 年的 Swift 公司現(xiàn)在還沒有開始進行獨立的電池板的測試，目前該公司已經(jīng)可以在實驗室中對電池進行某些條件的測試，也在其屋頂上安裝了一塊面板。
而像 Swift 和 Oxford PV這樣的初創(chuàng)公司，正在與該行業(yè)的最大的其他公司合作，以期將其技術推向市場。Oxford PV 公司是一家從高校實驗室分拆出來的英國公司，Swift 公司的創(chuàng)始人也曾在該實驗室工作過。
根據(jù) Oxford PV 公司的公開信息，該公司將于 2024 年晚些時候開始向客戶交付鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池板。2023 年 5 月，總部位于亞利桑那州的美國太陽能制造商 First Solar 也收購了一家名為 Evolar 的歐洲鈣鈦礦公司。
First Solar 公司的 CEO 馬克·威德馬（Mark Widmar）在其收購 Evolar 的新聞稿中指出，他們相信“高效的串聯(lián)光伏組件將決定未來。”
就在幾天后，另一家總部位于韓國的頂級制造商 Hanwha Q Cells 公司表示，將投資 1 億美元建立一條鈣鈦礦串聯(lián)電池試制線。
2022 年，Hanwha Q Cells 公司資助創(chuàng)建了 Pepperoni 公司，這是致力于一家鈣鈦礦串聯(lián)電池歐洲公司。
圖 | Oxford PV 公司計劃于 2024 年開始其串聯(lián)太陽能電池的交付。（來源：DAVID ALCOM/OXFORD PV）
從事與鈣鈦礦電池研究的人員認為，串聯(lián)電池的商業(yè)化所需要的可能只是幾年的時間，而非幾十年。
簡說，Swift 公司希望在四年內(nèi)將產(chǎn)品商業(yè)化。而《通脹削減法案》中的激勵措施，包括對在美國制造的清潔能源產(chǎn)品的信貸，也將會有所幫助。
但是，對于鈣鈦礦太陽能技術既有支持者，也有持懷疑態(tài)度的人。查斯說，如今的硅太陽能電池面板已經(jīng)足夠好，足以幫助世界向清潔能源轉(zhuǎn)型，并應對氣候變化。
長期以來，查斯對鈣鈦礦顛覆太陽能行業(yè)現(xiàn)狀的能力一直持懷疑態(tài)度。她說：“僅僅通過熱度和勢頭是不可能制造出新的半導體技術的，而是需要技術來工作。”
然而，考慮到讓整個電網(wǎng)實現(xiàn)碳中和仍需要大量太陽能，鈣鈦礦技術的支持者認為，對于效率的每一點提高都至關重要。
萊頓斯表示：“雖然硅太陽能面板很好，但鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池更好。在應對氣候變化的斗爭中，我們需要加快步伐，而不僅僅是說，‘哦，這已經(jīng)足夠好了，我們已經(jīng)完成了。’一切都有可以繼續(xù)改善的空間。”
這些手套從齊腰高的玻璃墻外殼中伸出，其運動由氣態(tài)氮驅(qū)動，這樣設置的目的是保證工作空間的干燥性和氣密性，從而更好地保護需要精密加工的太陽能材料。
在實驗室的一個角落里，技術員羅杰·湯普森（Roger Thompson）將雙手合在了一起，然后開始在一塊金屬板上開槽。
而在這之后沒多久，一條傳送帶就會將這塊金屬板運到一扇金屬門之后，在那里一層用于傳導電流的化學涂層將會被涂在該金屬板上面，Swift 公司的 CEO 喬爾·簡（Joel Jean）將這一步驟稱為“黑匣子魔法”。
這個位于美國硅谷的實驗室由 Swift 公司經(jīng)營，該公司也是正對下一代太陽能技術的進行試驗的眾多公司之一。
這家初創(chuàng)公司也在努力贏得下一代太陽能電池的商業(yè)化競賽，也就是在太陽能電池傳統(tǒng)采用的硅上疊加一層鈣鈦礦材料。
將硅與鈣鈦礦這兩種可吸收不同波長陽光的材料堆疊在一起，可以達到提到太陽能電池板效率的效果，進而使每個電池板產(chǎn)生更多的電能。
因此，鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池不僅可以降低成本，還能夠使電網(wǎng)中的可再生電量增加。
盡管該技術具有長遠的前景，但其商業(yè)化之路并不平坦，十多年來，公司和科學家們不斷在對這項技術進行修正，但一直沒有成功。
對于太陽能用途來說，鈣鈦礦這一材料有些過于不穩(wěn)定，它對水、熱和光等都很敏感。而一些研究人員則警告說，留給這些研究的時間可能不多了。
美國西北大學從事鈣鈦礦技術研究的助理教授 Bin Chen 指出：“如果未來兩三年內(nèi)仍沒有商業(yè)化的鈣鈦礦產(chǎn)品，市場對這項技術的信心可能會降低。”
與此同時，包括 Swift 公司在內(nèi)的初創(chuàng)公司和研究人員在如火如荼地進行研發(fā)，最近他們在提高鈣鈦礦的耐用性方面取得的進展，也讓他們更加大膽。
最近幾個月中，一些大型太陽能公司對于一些鈣鈦礦初創(chuàng)公司的試點生產(chǎn)線的投資或收購，也給這一技術投下了信任票。
現(xiàn)在這些公司必須要做的，就是證明他們可以克服那些困擾鈣鈦礦技術多年的困難，并且生產(chǎn)出上百萬塊效率能夠打破此前記錄的太陽能面板。
硅的“背面”
要想將鈣鈦礦太陽能電池成功商業(yè)化，關鍵是要將鈣鈦礦與經(jīng)過驗證的太陽能技術結合，這不僅可以提高鈣鈦礦的穩(wěn)定性，也能繼續(xù)提振來之不易的市場信心。
（來源：SWIFT SOLAR）
美國普林斯頓大學電氣和計算機工程系教授巴里·蘭德（Barry Rand）對媒體表示：“鈣鈦礦電池商業(yè)化的主要切入點，其實就在硅的背面。”
目前全球市面上銷售的 90% 以上的太陽能電池板都是由晶體硅制成的。幾十年的技術經(jīng)驗，使得開發(fā)商們已經(jīng)知道如何圍繞這項技術進行項目的規(guī)劃，投資者也已了解如何對采用這一技術的項目進行定價。
而如果可以在晶體硅面板上加上一層鈣鈦礦，則可以讓太陽能公司在競爭激烈的行業(yè)中占據(jù)強有力的優(yōu)勢。
致力于提供咨詢研究服務的彭博新能源財經(jīng)公司（BloombergNEF）的太陽能行業(yè)分析師杰尼·查斯（Jenny Chase）指出：“誰能破解這一難題并制造出更好的太陽能模板，誰就能從中賺大錢。
獲利的想法主要在于，由于該技術的效率更高，每一瓦電量都能夠以更低的成本生產(chǎn)出來，然后可以再溢價出售。”
但是這說起來容易做起來難。鈣鈦礦是由金屬鹵化物組成的，具有獨特的晶體結構，目前主要面臨兩大挑戰(zhàn)亟待解決：耐用性的提高和生產(chǎn)規(guī)模的擴大。
尤其是鈣鈦礦可以與空氣中的氧氣發(fā)生反應，在暴露于光照環(huán)境時會被降解，這些特性對于太陽能產(chǎn)品來說是一個相當大的問題。
為了生產(chǎn)出結構更穩(wěn)定的鈣鈦礦串聯(lián)電池板，許多公司采用了蒸發(fā)、印刷（類似于報紙的墨水印刷），甚至是“旋涂”（一種看起來類似 20 世紀 90 年代旋轉(zhuǎn)藝術的技術）等計劃，來將鈣鈦礦層覆蓋在太陽能電池上。此外，改變鈣鈦礦層的組成成分也可以幫助它們持續(xù)更長的時間。
Chen 和蘭德是兩個項目的合作者，這兩個項目獲得了美國能源部數(shù)百萬美元的支持，旨在對更耐用、更快商業(yè)化的鈣鈦礦硅配置進行測試。
這些項目的其他參與者還包括一些大學、幾家鈣鈦礦初創(chuàng)公司（包括 Swift 公司）和美國國家可再生能源實驗室。
持久力
蘭德和他在普林斯頓大學的團隊致力于防止鈣鈦礦的降解的研究，他對媒體表示，在過去七年間，該領域已經(jīng)取得了長足的進步。今天的太陽能面板已經(jīng)通過采用更好的封裝，可以達到防水的效果。
現(xiàn)在所需做的其實只是一個“消除游戲”，也就是確定出鈣鈦礦電池中哪些化學成分最有可能發(fā)生反應，并將它們置換掉。但他認為，進一步的實驗并不會阻礙商業(yè)化的步伐。
他說：“我認為已經(jīng)取得的成果已經(jīng)足以讓我們確信這一技術值得投資。但這并不代表我們已經(jīng)完成了該做的工作，仍有許多需要突破的困難，尤其是在穩(wěn)定性方面。”
Swift 公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術官托馬斯·萊頓斯（Tomas Leijtens）說，該公司現(xiàn)在已經(jīng)可以做到將電池暴露在被光照的、溫度高達 70°C 的環(huán)境中操作仍不會降解。
他坐在一張放置有粉色的鈣鈦礦模型的桌子旁說道：“我想說的是，這在五年前是不可想象的”。
但是這個行業(yè)還需要確保的是，每一塊電池都必須是耐用的；每一年，全球的各家公司所生產(chǎn)的太陽能電池板的數(shù)量高達數(shù)億塊，每塊電池板都包含數(shù)十個電池。
在這些電池面板被投入使用之前，必須通過嚴格的行業(yè)測試，例如快速溫度交變測試、濕度和冰雹測試等。
成立于 2017 年的 Swift 公司現(xiàn)在還沒有開始進行獨立的電池板的測試，目前該公司已經(jīng)可以在實驗室中對電池進行某些條件的測試，也在其屋頂上安裝了一塊面板。
而像 Swift 和 Oxford PV這樣的初創(chuàng)公司，正在與該行業(yè)的最大的其他公司合作，以期將其技術推向市場。Oxford PV 公司是一家從高校實驗室分拆出來的英國公司，Swift 公司的創(chuàng)始人也曾在該實驗室工作過。
根據(jù) Oxford PV 公司的公開信息，該公司將于 2024 年晚些時候開始向客戶交付鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池板。2023 年 5 月，總部位于亞利桑那州的美國太陽能制造商 First Solar 也收購了一家名為 Evolar 的歐洲鈣鈦礦公司。
First Solar 公司的 CEO 馬克·威德馬（Mark Widmar）在其收購 Evolar 的新聞稿中指出，他們相信“高效的串聯(lián)光伏組件將決定未來。”
就在幾天后，另一家總部位于韓國的頂級制造商 Hanwha Q Cells 公司表示，將投資 1 億美元建立一條鈣鈦礦串聯(lián)電池試制線。
2022 年，Hanwha Q Cells 公司資助創(chuàng)建了 Pepperoni 公司，這是致力于一家鈣鈦礦串聯(lián)電池歐洲公司。
圖 | Oxford PV 公司計劃于 2024 年開始其串聯(lián)太陽能電池的交付。（來源：DAVID ALCOM/OXFORD PV）
從事與鈣鈦礦電池研究的人員認為，串聯(lián)電池的商業(yè)化所需要的可能只是幾年的時間，而非幾十年。
簡說，Swift 公司希望在四年內(nèi)將產(chǎn)品商業(yè)化。而《通脹削減法案》中的激勵措施，包括對在美國制造的清潔能源產(chǎn)品的信貸，也將會有所幫助。
但是，對于鈣鈦礦太陽能技術既有支持者，也有持懷疑態(tài)度的人。查斯說，如今的硅太陽能電池面板已經(jīng)足夠好，足以幫助世界向清潔能源轉(zhuǎn)型，并應對氣候變化。
長期以來，查斯對鈣鈦礦顛覆太陽能行業(yè)現(xiàn)狀的能力一直持懷疑態(tài)度。她說：“僅僅通過熱度和勢頭是不可能制造出新的半導體技術的，而是需要技術來工作。”
然而，考慮到讓整個電網(wǎng)實現(xiàn)碳中和仍需要大量太陽能，鈣鈦礦技術的支持者認為，對于效率的每一點提高都至關重要。
萊頓斯表示：“雖然硅太陽能面板很好，但鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池更好。在應對氣候變化的斗爭中，我們需要加快步伐，而不僅僅是說，‘哦，這已經(jīng)足夠好了，我們已經(jīng)完成了。’一切都有可以繼續(xù)改善的空間。”
