電池轉化效率再破世界紀錄!“黑科技”鈣鈦礦強勢崛起
新能源微報
· 2022-12-20 10:27:04
這兩年,硅質太陽能電池領域的技術創(chuàng)新如火如荼,屢屢刷新世界。與此同時,另一項光伏領域“黑科技”也在強勢崛起,頻頻登上行業(yè)新聞頭條,甚至大有東風壓倒西風的勢頭。
近日有媒體報道,德國柏林亥姆霍茲中心的科學家宣布鈣鈦礦疊層太陽能電池轉化效率再次刷新世界紀錄!這也是半年內第二次刷新該記錄。
揚長補短 鈣鈦礦/晶硅疊層電池或將成高效率電池主流
近日有媒體報道,德國柏林亥姆霍茲中心 (HZB) 的科學家宣布已經生產出一種鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池,其效率為32.5%,這是新的世界紀錄效率!而此次突破距離上次歐洲機構宣布鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池轉化效率突破了30%的里程碑,不到半年時間。
鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽電池也叫做鈣鈦礦/晶硅疊層電池、鈣鈦礦硅疊層電池,是鈣鈦礦電池與傳統(tǒng)硅基太陽能電池技術的結合。鈣鈦礦(CaTiO3)晶體結構類似的一大類化合物,擁有輕薄、柔韌性和可定制的特性,具有成本低、光電轉換效率高、易制備等的優(yōu)勢。但同時,其尺寸未達到商業(yè)化尺寸、定性差、壽命相對較短、原料毒性、涂覆技術不成熟等缺點,暫時也限制了他大規(guī)模產業(yè)化的發(fā)展。
盡管屢屢刷新記錄,但傳統(tǒng)的晶硅電池在現(xiàn)有的工業(yè)生產能力下,已經逼近晶硅單結太陽能電池光電轉化效率的極限,很難再打破這層效率“天花板”。鈣鈦礦疊層太陽能電池融晶硅、薄膜電池之長,簡單的說是將鈣鈦礦電池串聯(lián)在晶硅電池表面。這樣一來,鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽電池過組合的優(yōu)勢,拓寬了吸收光譜,獲得比單純晶硅電池或鈣鈦礦電池更高的光電轉化效率。
研究表明,鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽電池的理論效率極限為46%,遠高于傳統(tǒng)晶硅電池。這是鈣鈦礦太陽能電池產業(yè)化應用的一次新的突破。
今年以來,該電池技術的研發(fā)進展可謂“神速”。
5月,南京大學譚海仁及其科研團隊研制的全鈣鈦礦疊層電池穩(wěn)態(tài)光電轉換效率已達到28%;7月,瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院(EPFL)和瑞士電子與微技術中心(CSEM)宣布,合作創(chuàng)造了鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池新的轉化效率世界紀錄,突破了30%的里程碑。也已有越來越多的國內企業(yè)開始布局鈣鈦礦/晶硅疊層電池,并嘗試對其進行商業(yè)化落地。
有專業(yè)人士表示,如果在未來幾年里鈣鈦礦電池的壽命和大面積效率損失問題能夠得到有效改善,那么鈣鈦礦/晶硅疊層電池有望成為未來的高效率電池主流。

鈣鈦礦進入了商業(yè)化應用發(fā)展快車道
鈣鈦礦太陽能電池是以鈣鈦礦型(ABX3型)晶體作為吸光層材料的電池。它的結構類似于“三明治”。兩個電極像三明治的兩片面包分別位于最外層,由外向內挨著電極的是空穴傳輸層和電子傳輸層,而鈣鈦礦層則居于最中間。
作為新一代太陽能電池,鈣鈦礦電池的工作原理與傳統(tǒng)太陽能電池相似,但轉化效率迥異。
根據(jù)CPIA,晶硅電池理論上的效率極限是29.4%,現(xiàn)實條件可實現(xiàn)的工程極限效率是27.1%;而在量產電池方面,根據(jù)CPIA預測,到2030年,常規(guī)PERC晶硅電池效率24.1%,HJT電池效率26%,TOPCon電池效率25.6%,IBC電池效率26.2%,逼近工程極限。
2009年鈣鈦礦電池技術首次運用在光伏領域時,其轉換效率僅有3.8%。
時至今日,鈣鈦礦實驗室單結轉化率可達26%,理論效率可達33%,疊層理論上可到45%,遠高于晶硅電池,未來有望持續(xù)上升。
早2013年,鈣鈦礦被美國《科學》(Science)雜志評為年度十大科學突破之一,并打上了“新一代太陽能電池材料”的標簽。但因為種種技術難題有待突破,發(fā)展較為緩慢。
但從2021年開始,不斷有產業(yè)化應用嘗試,鈣鈦礦進入了發(fā)展的快車道。
可以說,鈣鈦礦幾乎用10年時間,走過了太陽能晶硅電池50年的發(fā)展歷程。
有學者表示,鈣鈦礦技術不僅可以打破晶硅電池技術轉換效率的理論“天花板”,還可以降低光伏產業(yè)度電成本,是唯一具有商業(yè)化應用前景的新興光伏技術。
在此背景下,鈣鈦礦電池的產業(yè)化前景也越來越清晰。不少中國企業(yè)更是先行一步,率先推進鈣鈦礦電池量產。
隆基綠能目前擁有鈣鈦礦相關專利20項。
通威股份在今年半年報中提到,公司已全面展開了對鈣鈦礦/硅疊層電池等前沿技術的研究與開發(fā)。
中來股份在回復投資者時表示,公司的鈣鈦礦疊層電池正在研發(fā)中,現(xiàn)階段重點在進行與鈣鈦礦電池相匹配的底層電池的研發(fā)。
寧德時代表示,公司鈣鈦礦光伏電池研究進展順利,正在搭建中試線。
仁爍光能的10MW鈣鈦礦疊層研發(fā)線已經建設成功,正計劃建設150MW鈣鈦礦電池量產線。
晶科能源、東方日升等光伏行業(yè)的一體化龍頭企業(yè)也表示對鈣鈦礦技術的關注和研發(fā)儲備,聆達股份、拓日新能、京山輕機開始布局該技術的產業(yè)化能力。新能源裝備廠商捷佳偉創(chuàng)的鈣鈦礦整線設備也進入研發(fā)階段。
此外,協(xié)鑫科技旗下昆山協(xié)鑫光電材料有限公司(下稱“協(xié)鑫光電”)近日宣布完成5億元人民幣B+輪融資,由淡馬錫投資、紅杉中國、IDG資本三家聯(lián)合領投,川流投資等機構跟投,大股東協(xié)鑫科技持續(xù)加碼,光源資本擔任獨家財務顧問。本輪融資將用于完善協(xié)鑫光電100MW大尺寸鈣鈦礦組件產線的工藝和設備開發(fā)。
而產業(yè)化進程加快也必將讓鈣鈦礦電池快速經受市場的考驗與洗禮,促進技術的優(yōu)化迭代。
但不可否認,鈣鈦礦電池已經為光伏界的“新寵兒”,正在強勢崛起!
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