光伏钙钛矿电池-韭研公社

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光伏钙钛矿电池

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2022-02-23 20:03:28

[光伏]钙钛矿电池对钙钛矿的优缺点进行分析一、钙钛矿电池简介事件: 2月中旬，衢州市衢江区钙钛矿集中式光伏电站一期项目暨全球首个钙钛矿地面光伏电站开工仪式在后溪镇举行。该项目的开工标志着新一代钙钛矿电池技术有了新的发展。太阳能电池主要是晶硅、薄膜电池两种，晶硅电池是目前市场主流的太阳能电池，而钙钛矿属于后者，基于柔性材料制作，属于非硅电池。具体来看，钙钛矿是指一类陶瓷氧化物，呈立方体晶形，可用来制作太阳能电池的替代材料。利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，则被称为钙钛矿型太阳能电池。钙钛矿电池的转换效率随着技术的发展进步很快。2009年第一个钙钛矿电池转换效率仅3.8%，而2019年实验室转换效率据称达到25%，与晶硅电池处于同一水平。但由于产业化过程中存在稳定性、规模化效率衰减、环保问题等因素制约，目前产业大规模落地存在难度。二、钙钛矿电池的优势与劣势分析:实验室性能优异，表现在低成本、光电转换效率高、柔性特征带来的应用场景广阔;但产业落地相关性能弱，表现在化学与物理属性不稳定带来的衰减幅度大、大规模制备下光电转换效率大幅降低、生产过程存在环保问题、理论研究问题等不足。钙钛矿电池的优势: 1)具备优越的光吸收特性，光电转化效率高。钙钛矿的结构决定了其具有较高的电荷载体迁移率和较好的光线扩散性能，目前光电转换效率已经达到了近30%，预计未来伴随新一代钙钛矿电池技术的发展，其转换效率最高能达到50%左右，将是目前商业化的太阳能电池转化效率的2倍左右。 2)成本较低，工艺简单。钙钛矿电池制备所需工艺中的光电转换材料具有廉价、可溶液制备的特点，比传统硅电池更易生产，便于采用不需要真空条件的卷对卷技术制备。通常90%左右纯度的钙钛碗材料就可以用于制造效率达到20%以上的太阳能电池，相较于纯度必须达到99.9999%以上才能用于制造太阳能电池的晶硅材料，其制造成本预计可节约近50%。 3)柔性特征赋予其更广泛的应用场景。当前的钙钛矿电池可以归类成一种薄膜电池,其结构相对于晶硅电池呈现更好的柔性，因此可以将钙钛矿电池安装在一些无法承受晶硅电池重量的地方，因而适合于光伏建筑一体化的场景，甚至是可移动物体，如汽车等装置。钙钛矿电池的劣势: 1)钙钛矿基于离子化合物，物理与化学性质不稳定，衰减比晶硅电池多。钙钛矿电池制备基于离子晶体材料，在耐高温、光照、抗水解、抗氧化等物理化学属性存在缺陷，导致钙钛矿电池效率衰减高。大部分机构目前实验室研究发现钙钛矿1000小时测试下稳定性在80-90%左右，而主流的晶硅电池年均衰减率低于1%,在抗衰减性与稳定性方面，钙钛矿电池与晶硅电池仍有较大差距。 2)单体转换效率高, 但大面积组件效率大幅降低。一方面当前钙钛矿电池单体转换比例均是基于实验室数据，与大规模工业化制备工艺存在显著不同，原因在于当前的涂覆技术不够成熟，不能将钙钛矿均匀涂抹在设备表面;另一方面钙钛矿采用TCO (透明导电氧化物)薄膜收集电流，这种薄膜材料会导致面积增大时，光损失增加，从而大规模组件的效率远远不如单体钙钛矿电池。 3)其他劣势: 包括不环保、理论研究进展仍慢等目前工业化可能性最大的是铅卤钙钛矿材料,其光吸收性、光电流传输等性能在众多钙钛矿材料中比较优异。但其材料中包含铅，生产过程中产生较多污染。此外，钙钛矿电池关于钙钛矿的光电转换相关的理论研究仍有大量现象难以解释，这也是阻碍大规模产业化的原因。关于钙钛矿电池，产业目前比较关注钙钛矿+HJT电池的路线，即在HJT电池表面涂覆一层钙钛矿电池，利用钙钛矿电池吸收晶硅电池无法利用的光，从而最大限度提高光电转换效率。目前实验室数据显示钙钛矿-HJT叠加电池的理论效率可达45%，远远大于单独的晶硅电池或是钙钛矿电池，这点或许是光伏产业未来的其中一个方向。小结:钙钛矿电池与晶硅电池是两种不同的光伏电池路线，当前晶硅电池的成本端多晶硅料持续涨价，地面集中式光伏装机增速放缓，从而钙钛矿电池的性价比得以凸显;此外，钙钛矿潜在转换效率更高，市场对钙钛矿产业化的预期有所增强。 [图片] [图片]