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電池轉(zhuǎn)化效率再破世界紀(jì)錄!“黑科技”鈣鈦礦強(qiáng)勢(shì)崛起
這是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的一次新的突破。......
這兩年,硅質(zhì)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新如火如荼,屢屢刷新世界。與此同時(shí),另一項(xiàng)光伏領(lǐng)域“黑科技”也在強(qiáng)勢(shì)崛起,頻頻登上行業(yè)新聞?lì)^條,甚至大有東風(fēng)壓倒西風(fēng)的勢(shì)頭。
近日有媒體報(bào)道,德國(guó)柏林亥姆霍茲中心的科學(xué)家宣布鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率再次刷新世界紀(jì)錄!這也是半年內(nèi)第二次刷新該記錄。
揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短 鈣鈦礦/晶硅疊層電池或?qū)⒊筛咝孰姵刂髁?/strong>
近日有媒體報(bào)道,德國(guó)柏林亥姆霍茲中心 (HZB) 的科學(xué)家宣布已經(jīng)生產(chǎn)出一種鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池,其效率為32.5%,這是新的世界紀(jì)錄效率!而此次突破距離上次歐洲機(jī)構(gòu)宣布鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率突破了30%的里程碑,不到半年時(shí)間。
鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)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(yáng)能電池技術(shù)的結(jié)合。鈣鈦礦(CaTiO3)晶體結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換效率高、易制備等的優(yōu)勢(shì)。但同時(shí),其尺寸未達(dá)到商業(yè)化尺寸、定性差、壽命相對(duì)較短、原料毒性、涂覆技術(shù)不成熟等缺點(diǎn),暫時(shí)也限制了他大規(guī)模產(chǎn)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(chǎn)能力下,已經(jīng)逼近晶硅單結(jié)太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)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(yáng)能電池融晶硅、薄膜電池之長(zhǎng),簡(jiǎn)單的說(shuō)是將鈣鈦礦電池串聯(lián)在晶硅電池表面。這樣一來(lái),鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)電池過(guò)組合的優(yōu)勢(shì),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(zhuǎn)化效率。
研究表明,鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)電池的理論效率極限為46%,遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)晶硅電池。這是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的一次新的突破。
今年以來(lái),該電池技術(shù)的研發(fā)進(jìn)展可謂“神速”。
5月,南京大學(xué)譚海仁及其科研團(tuán)隊(duì)研制的全鈣鈦礦疊層電池穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到28%;7月,瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)和瑞士電子與微技術(shù)中心(CSEM)宣布,合作創(chuàng)造了鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池新的轉(zhuǎn)化效率世界紀(jì)錄,突破了30%的里程碑。也已有越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)企業(yè)開始布局鈣鈦礦/晶硅疊層電池,并嘗試對(duì)其進(jìn)行商業(yè)化落地。
有專業(yè)人士表示,如果在未來(lái)幾年里鈣鈦礦電池的壽命和大面積效率損失問(wèn)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(lái)的高效率電池主流。
鈣鈦礦進(jìn)入了商業(yè)化應(yīng)用發(fā)展快車道
鈣鈦礦太陽(yáng)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(jié)構(gòu)類似于“三明治”。兩個(gè)電極像三明治的兩片面包分別位于最外層,由外向內(nèi)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(yáng)能電池,鈣鈦礦電池的工作原理與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池相似,但轉(zhuǎn)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(shí)條件可實(shí)現(xiàn)的工程極限效率是27.1%;而在量產(chǎn)電池方面,根據(jù)CPIA預(yù)測(cè),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(shù)首次運(yùn)用在光伏領(lǐng)域時(shí),其轉(zhuǎn)換效率僅有3.8%。
時(shí)至今日,鈣鈦礦實(shí)驗(yàn)室單結(jié)轉(zhuǎn)化率可達(dá)26%,理論效率可達(dá)33%,疊層理論上可到45%,遠(yuǎn)高于晶硅電池,未來(lái)有望持續(xù)上升。
早2013年,鈣鈦礦被美國(guó)《科學(xué)》(Science)雜志評(píng)為年度十大科學(xué)突破之一,并打上了“新一代太陽(yáng)能電池材料”的標(biāo)簽。但因?yàn)榉N種技術(shù)難題有待突破,發(fā)展較為緩慢。
但從2021年開始,不斷有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用嘗試,鈣鈦礦進(jìn)入了發(fā)展的快車道。
可以說(shuō),鈣鈦礦幾乎用10年時(shí)間,走過(guò)了太陽(yáng)能晶硅電池50年的發(fā)展歷程。
有學(xué)者表示,鈣鈦礦技術(shù)不僅可以打破晶硅電池技術(shù)轉(zhuǎn)換效率的理論“天花板”,還可以降低光伏產(chǎn)業(yè)度電成本,是唯一具有商業(yè)化應(yīng)用前景的新興光伏技術(shù)。
在此背景下,鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化前景也越來(lái)越清晰。不少中國(guó)企業(yè)更是先行一步,率先推進(jìn)鈣鈦礦電池量產(chǎn)。
隆基綠能目前擁有鈣鈦礦相關(guān)專利20項(xiàng)。
通威股份在今年半年報(bào)中提到,公司已全面展開了對(duì)鈣鈦礦/硅疊層電池等前沿技術(shù)的研究與開發(fā)。
中來(lái)股份在回復(fù)投資者時(shí)表示,公司的鈣鈦礦疊層電池正在研發(fā)中,現(xiàn)階段重點(diǎn)在進(jìn)行與鈣鈦礦電池相匹配的底層電池的研發(fā)。
寧德時(shí)代表示,公司鈣鈦礦光伏電池研究進(jìn)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(jīng)建設(shè)成功,正計(jì)劃建設(shè)150MW鈣鈦礦電池量產(chǎn)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(duì)鈣鈦礦技術(shù)的關(guān)注和研發(fā)儲(chǔ)備,聆達(dá)股份、拓日新能、京山輕機(jī)開始布局該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化能力。新能源裝備廠商捷佳偉創(chuàng)的鈣鈦礦整線設(shè)備也進(jìn)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(guó)、IDG資本三家聯(lián)合領(lǐng)投,川流投資等機(jī)構(gòu)跟投,大股東協(xié)鑫科技持續(xù)加碼,光源資本擔(dān)任獨(dú)家財(cái)務(wù)顧問(wèn)。本輪融資將用于完善協(xié)鑫光電100MW大尺寸鈣鈦礦組件產(chǎn)線的工藝和設(shè)備開發(fā)。
而產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加快也必將讓鈣鈦礦電池快速經(jīng)受市場(chǎng)的考驗(yàn)與洗禮,促進(jìn)技術(shù)的優(yōu)化迭代。
但不可否認(rèn),鈣鈦礦電池已經(jīng)為光伏界的“新寵兒”,正在強(qiáng)勢(shì)崛起!
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