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钙钛矿组件稳定性实现重大突破
新产品新技术   2020-03-06

钙钛矿太阳能电池技术具有转换效率高、可与晶硅电池叠加、制备过程绿色低碳、且不受稀有金属储量限制等优势,其最大亮点是低成本。


以我国的纤纳光电、协鑫纳米,日本的松下、东芝以及英国牛津光伏等为代表的企业,在钙钛矿效率提升的道路上均取得了不同的阶段性进展,资本的进入也为钙钛矿技术的发展提供了强劲的支持。


此前,中国长江三峡集团下属三峡资本宣布以战略投资者身份注资杭州纤纳光电技有限公司(简称“纤纳光电”),成为首家投资布局钙钛矿技术的央企。


转换效率“跨越式”提升


从2009年发展至今,钙钛矿光伏电池的实验室转换效率从3.81%到25.2%,展现出极为迅速的提升趋势。


根据Henry·Snaith教授刊登在《自然·能源》的论文,新式钙钛矿光伏电池的单层理论效率可达31%;钙钛矿叠层电池,包括晶硅/钙钛矿的双节叠层转换效率可达35%;钙钛矿三节层电池,理论效率可达45%以上,接近于目前市场上传统光伏电池转化效率的两倍。


在单层钙钛矿技术量产方面,虽然国内外企业均起步不久,但我国企业已屡破世界纪录,其中,仅纤纳光电就五次刷新了钙钛矿组件转换效率的世界纪录。2019年12月,纤纳光电宣布,其自主研发的钙钛矿小组件效率又创新高,在面积为19.276平方厘米的小组件上,光电转换效率突破18%,刷新了由其保持的世界最高效率。短短3年,纤纳光电将钙钛矿小组件效率提升了6个百分点。


值得一提的是,尽管钙钛矿电池的转换效率被持续刷新,但对电池效率却说法不一。这是由于钙钛矿电池的测试方式不同于传统光伏电池,对于设备和光源的要求较高;测试方法的不尽相同,给测试结果带来了很大误差。


经专家测算,市面上60片规格的晶硅组件,每块含铅量在16克至18克左右,而同样尺寸的钙钛矿组件,每块含铅仅为两克。钙钛矿中的铅是以铅的卤化物形式存在,所以它的物理化学特性十分稳定,并且可以采用多种方式,在组件破碎后阻止金属离子扩散到环境中。


稳定性获突破开启商业化进程


虽然钙钛矿光伏电池具有优异的光学性能、制备过程绿色低能耗,但其走向游戏化的过程中却面临着电池稳定性问题的挑战。


传统配方、工艺下钙钛矿光伏电池在连续工作一段时间后会出现明显的效率衰减,其在使用过程中受到的包括湿、热、电场和机械应力在内的老化应力会使未经优化的钙钛矿材料出现本征性蜕变,致使转换效率下降,制约了光伏电池的寿命。


目前这一问题已经有了解决方案。2019年12月,纤纳光电钙钛矿组件在第三方检测实验室通过了全球首次IEC稳定性测试,此次全球首例钙钛矿组件通过商业化光伏组件环境可靠性测试,标志着钙钛矿这一新兴技术正式走出实验室,迈向市场。


根据检测报告显示,在加速老化情况下,他们的钙钛矿组件衰减率小于5%。在器件寿命方面,按晶硅组件的国际标准预测,通过测试后的钙钛矿组件使用寿命为20年左右。


通过稳定性测试后,意味着由此产出的钙钛矿组件初步具备了进入市场流通的条件。


据介绍,钙钛矿技术要实现商业化目标,需要经历基础性研发、实验室效率提升、中试线建设、工艺优化与商业化效率提升、稳定性难题攻克、新产品示范、新厂房建设和产线扩建等步骤。


此次纤纳光电钙钛矿产品通过全球首例稳定性测试具有里程碑意义,意味着钙钛矿技术迈出了正式商业化的第一步。


在稳定性以及铅含量的问题破解之后,纤纳光电的商业化产线也正在着手建设。据了解,目前纤纳光电已在浙江衢州建设100兆瓦钙钛矿游戏基地,完成了一期厂房11000平方米的基建工程,这也是首个钙钛矿太阳能电池的商业化量产项目。


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