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钙钛矿太阳能电池商业化进程加速

业内预计,2023年前将实现大规模量产

 

■本报实习记者 董梓童 《 中国能源报 》( 2020年03月23日   第 10 版)


  核心阅读

 

  晶硅太阳能电池的理论转化效率极限是29.4%。目前,已有报道的晶硅太阳能电池实验室转化效率最高已达26.6%。在其转化效率提升空间越来越小的情况下,业内将目光瞄向了新型材料。钙钛矿太阳能电池正成为全球公认最具前景的新一代光伏材料。

  

  随着晶硅太阳能电池的转化效率越来越接近极限,其身后的“挑战者”正摩拳擦掌、跃跃欲试,钙钛矿太阳能电池成为近来最惹人关注的一个。

 

  自2017年钙钛矿太阳能电池技术被列为诺贝尔化学奖的热门提名后,市场逐渐关注到其商业价值。最近两年,钙钛矿太阳能电池技术发展进程加快,已有企业实现小规模量产。在转化效率不断刷新纪录的背景下,钙钛矿太阳能电池已经成为全球公认最具前景的新一代光伏材料。

 

  “钙钛矿+晶硅”破难题

 

  据了解,和传统太阳能电池相比,钙钛矿太阳能电池有较多优势。一是原材料成本低廉,二是钙钛矿太阳能电池对光的吸收能力更强,产出等量的电力多需的原材料更少,这也使得其安装成本更低。但是,由于此前产业内对钙钛矿太阳能电池的研究并不成熟,钙钛矿太阳能电池一直面临稳定性不佳、转化效率有待提升的难题。

 

  为了解决钙钛矿太阳能电池的稳定性问题,此前,业内曾提出“钙钛矿+晶硅”结合发展的思路。目前来看,这已成为了现实可行的发展路径。

 

  近日,由澳大利亚国立大学团队研发的新型钙钛矿-硅串联太阳能电池转化效率创下了27.7%的新纪录。该款电池便是将钙钛矿太阳能电池堆叠在晶硅太阳能电池之上,这既解决了钙钛矿稳定性问题,又增加了晶硅太阳能电池的吸光能力,可谓优势互补。

 

  该研究团队成员Kylie Catchpole表示,短期内将这款电池的转化效率提升至30%不成问题。“这一结果证明了钙钛矿太阳能电池的实力。虽然晶硅太阳能电池目前在市场上占主导地位,但其转化效率将在未来5—10年内达到极限。”

 

  产学研结合促发展

 

  据了解,我国也一直十分重视对钙钛矿太阳能电池技术的研发和商业化。

 

  2019年6月,科技部发布国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”等重点专项2019年度项目申报指南的通知,其中在太阳能一项中,特别提出为探索大面积太阳能电池制备技术,开展高效稳定大面积钙钛矿电池关键技术及成套技术研发,解决大面积钙钛矿电池稳定性问题。

 

  在国家产业战略和政策的支持下,上海科技大学、吉林大学、南京工业大学、西北工业大学、杭州纤纳光电科技有限公司(下称“纤纳光电”)等产学研单位都致力于钙钛矿太阳能电池的研发工作。

 

  2019年11月,中国科学院大连化学物理研究所薄膜硅太阳电池研究组联合陕西师范大学研团队,通过将半透明钙钛矿太阳能电池与高效晶硅异质结薄膜电池结合,组成转化效率达27%的四端钙钛矿—硅叠层太阳能电池。

 

  今年2月,中国科学技术部高技术研究发展中心发布了“2019年度中国科学十大进展”,其中,“阐明铕离子对提升钙钛矿太阳能电池寿命的机理”一项入选,该项研究大幅提升了钙钛矿太阳能电池的使用寿命和稳定性。

 

  此外,2019年9月,中国钙钛矿光电子产业联盟正式揭牌。该联盟由湖北万度光能有限责任公司、北京大学、华中科技大学和西北工业大学等单位推动成立。联盟会长黄维称,新材料和光电子已被列入湖北省科技创新和高新技术产业发展规划的重点内容和优先领域。未来,联盟将推进钙钛矿太阳能电池技术的产学研合作,推动该领域的产业化发展。

 

  大企业纷纷布局

 

  根据中国科学院大连化学物理研究所的数据,晶硅太阳能电池的理论转化效率极限是29.4%。目前,已有报道的晶硅太阳能电池实验室转化效率最高已经达到26.6%。在晶硅太阳能电池转化效率提升空间越来越小的情况下,不少业内企业将目光瞄向了新型材料。通威股份、汉能集团、东方日升等公司均表示,正在追踪钙钛矿太阳能电池的发展动向,或已经在相关领域有所布局。

 

  协鑫纳米在钙钛矿组件技术上的布局已经先人一步。2019年9月,协鑫纳米表示,已率先建成10兆瓦级别大面积钙钛矿组件中试生产线,并完成了相关材料合成及制造工艺的开发,同时启动了100兆瓦量产生产线的建设工作,计划于今年实现钙钛矿组件的商业化生产。当时,协鑫纳米大面积钙钛矿光伏组件完成了德国莱茵TüV集团的功率测试,有效面积内的转化效率达16.4%。

 

  随着钙钛矿电池技术开启商业化进程,越来越多的企业看好钙钛矿太阳能电池技术的发展前景,投资该领域。2019年3月,金风科技宣布,以战略投资者身份领投英国钙钛矿太阳能发电公司牛津光伏D轮融资,投资金额2100万英镑。2019年4月,长江三峡集团旗下三峡资本表示,注资新型钙钛矿薄膜组件企业纤纳光电5000万元。

 

  Kylie Catchpole预计,2023年前钙钛矿太阳能电池技术将实现大规模量产,相关产品将被推广。


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