在“雙碳”政策引導和目標驅(qū)動下，能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與技術創(chuàng)新正在加速推進。鈣鈦礦太陽電池無疑是目前光伏行業(yè)最受關注的一項技術，也是被稱為唯一具有商業(yè)化應用前景的新興光伏技術。與傳統(tǒng)光伏技術相比，其具有性能更優(yōu)、成本更低、碳足跡更低等顯著性優(yōu)勢。鈣鈦礦技術的產(chǎn)業(yè)化將有效的推動光伏產(chǎn)業(yè)普及應用，促進能源綠色轉(zhuǎn)型。隨著產(chǎn)業(yè)的日趨發(fā)展，鈣鈦礦光伏技術的研發(fā)現(xiàn)狀、未來產(chǎn)業(yè)化的情況也受到了越來越多的關注。
2022年7月8日，由中國光伏行業(yè)協(xié)會主辦的“薄膜太陽能電池應用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展機遇研討會”以線上形式順利召開。會議邀請了行業(yè)專家、光伏企業(yè)代表就薄膜光伏電池發(fā)展及展望、鈣鈦礦電池研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進展、光伏建筑一體化技術創(chuàng)新與實踐等方面內(nèi)容進行探討。極電光能聯(lián)合創(chuàng)始人、總裁于振瑞博士出席會議，并圍繞“鈣鈦礦太陽電池研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進展”做相關報告。
于博士在報告中介紹了鈣鈦礦太陽電池的基本材料和結構。他指出，鈣鈦礦太陽電池的效率在12年的時間里從最初的3.8%增至25.7%，接近晶硅電池的26.7%的最高效率。可以說，鈣鈦礦用12年的時間走過了晶硅太陽電池近70年的效率提升之路?！八男侍嵘俣戎焓乔八从械模@主要得益于鈣鈦礦對其中的雜質(zhì)和缺陷有很強的容忍性。而且鈣鈦礦的理論效率極限可達33%，還有很大的提升空間?！庇诓┦拷忉尩馈?/p>
在報告中，于振瑞博士重點回應了業(yè)界普遍關注的鈣鈦礦太陽電池組件產(chǎn)業(yè)化需要解決的大面積制備、穩(wěn)定性、以及成本問題。
關于大面積生產(chǎn)制備技術
對于鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化技術研發(fā)而言，鈣鈦礦膜層的大面積制備極為重要。當前常用的大面積膜層制備技術為“一步溶液涂布法”，但在這種制備工藝過程中，溶劑的揮發(fā)、化學鍵的形成、材料的形核與結晶生長等各種化學反應和物理過程同步發(fā)生，而且留給上述各種反應過程的時間窗口極短，受環(huán)境影響大，在未來大面積規(guī)模化生產(chǎn)時會遇到工藝窗口窄的問題，不利于良率的提升。
“極電光能在這方面有著自己獨創(chuàng)的‘氣相-液相’結合的兩步法鈣鈦礦制備技術，我們稱之為‘原位固膜’法，可以有效地解決‘一步溶液涂布法’所遇到的上述問題?！庇诓┦拷榻B到，通過“干法搭骨架，濕法定結晶”的策略，可以把溶劑揮發(fā)與化學成鍵分開、形核與晶粒生長分離，而且“骨架層”充當著結晶模板的作用，鈣鈦礦薄膜的結晶生長是在可控的條件下完成的，因此，受環(huán)境影響小，便于面積放大，工藝窗口寬，成品率高?！霸还棠ぁ惫に囍苽涞拟}鈦礦膜層質(zhì)量也顯著優(yōu)于“一步溶液涂布法”制備的鈣鈦礦材料，鈣鈦礦組件的效率更高。另外，它也可以在不平整的基底表面成膜，因此還可以很好的兼容與晶硅疊層電池的制備。
鈣鈦礦是一個“工藝”與“配方”并重的技術，要實現(xiàn)技術研發(fā)向產(chǎn)業(yè)化的邁進，必須解決制備工藝與材料體系優(yōu)化的問題。而在這方面，極電光能無疑是快人一步，2021年5月便率先向外界發(fā)布了“極創(chuàng)”鈣鈦礦光伏組件整體解決方案。方案中除了包含上述介紹的“原位固膜”薄膜制備技術，同時還包括了無甲胺鈣鈦礦材料體系、和界面鈍化與缺陷控制技術三大技術創(chuàng)新，從材料優(yōu)化、缺陷鈍化與配方改進、以及膜層制備工藝等維度打造核心技術優(yōu)勢，逐個攻破鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)在效率提升、大面積制備以及穩(wěn)定性方面的行業(yè)痛點，為鈣鈦礦商業(yè)化量產(chǎn)掃清障礙。
關于鈣鈦礦的穩(wěn)定性問題
鈣鈦礦的穩(wěn)定性一直是業(yè)界非常關注的一個重要問題。“早期的鈣鈦礦光伏組件的不穩(wěn)定是由多種因素聯(lián)合作用的結果?！庇诓┦糠Q，從2017年開始，行業(yè)就開始尋求效率衰退原因及解決方案;目前，通過無機電荷傳輸層的應用、鈣鈦礦材料體系優(yōu)化、鈍化技術的導入、復合電極的開發(fā)、以及封裝技術的優(yōu)化等手段，已經(jīng)可以解決其穩(wěn)定性的問題。
2022年，美國普林斯頓大學一個課題組制備的PSC在35°C/1Sun下老化3531小時沒有任何衰退;而在110°C/1Sun的高溫下運行2100小時，組件效率才衰退了20%，反推到35°C/1Sun，則相當于要5.1萬小時組件效率才衰減20%。考慮到大部分地區(qū)每年光輻照量在1000-1800小時之間，且35°C是組件野外使用時的中位溫度，上述數(shù)據(jù)相當于鈣鈦礦光伏組件的野外運行時壽命可達28-51年。于博士表示“這樣一個結果也充分證明了即使是在光熱聯(lián)合作用下，鈣鈦礦組件的壽命達到25年是沒有問題的” 。極電光能在鈣鈦礦組件的穩(wěn)定性方面也做了大量研究，通過使用無機電荷傳輸層材料、甲脒基鈣鈦礦材料體系、自創(chuàng)的鈍化技術、復合背電極的開發(fā)以及可靠的封裝技術的開發(fā)，很好地解決了鈣鈦礦組件穩(wěn)定性的問題。極電光能的鈣鈦礦組件不僅能通過晶硅組件檢測標準IEC61215的加速老化的認證測試，還通過了泡水、加速光老化等更嚴苛的測試，穩(wěn)定性優(yōu)異。
關于鈣鈦礦的成本
在談到成本方面時，于博士表示“目前在百兆瓦級鈣鈦礦光伏組件試制線即將投產(chǎn)的情況下，其成本可以做到比當前晶硅組件的成本更低”。隨著行業(yè)的發(fā)展，未來在FTO導電玻璃、折舊、人工成本等方面還會有大幅降低。
根據(jù)數(shù)據(jù)測算，到2023年平米級鈣鈦礦光伏產(chǎn)品將實現(xiàn)17-19%的效率，后續(xù)持續(xù)提升至25%。百兆瓦級產(chǎn)線階段成本也將控制在1.0-1.5￥/W之間;1GW級時能降到～0.8￥/W;10GW級降到～0.6￥/W?？紤]到鈣鈦礦組件成本較低，如果其效率達到17%，價格達到1.3￥/W，壽命25年時，就擁有市場競爭力。
除了上述講到的效率、壽命和成本之外，實際應用場景下的發(fā)電能力也是考核光伏發(fā)電產(chǎn)品好壞的重要指標。極低的溫度系數(shù)和優(yōu)異的弱光性能疊加作用使得鈣鈦礦明顯高于晶硅的戶外發(fā)電性能。以北京地區(qū)為例，相同裝機容量的鈣鈦礦組件比晶硅組件的發(fā)電量高9.8-13.4%。
在“雙碳”背景下，一種能源產(chǎn)品自身的能耗指標也是衡量它的重要維度。根據(jù)分析：在制造環(huán)節(jié)，鈣鈦礦組件的制造能耗只有晶硅組件的1/3.7;從能量回收期上，鈣鈦礦組件只有晶硅的1/4。如果從“能源投資收益率”來衡量，鈣鈦礦可達到100以上，是所有能源產(chǎn)品中最高的，所以鈣鈦礦光伏組件是一種最優(yōu)異的低碳能源產(chǎn)品。
在技術和政策的雙向驅(qū)動下，鈣鈦礦今年也正式開啟了產(chǎn)業(yè)化元年。作為綠色能源產(chǎn)業(yè)的新銳勢力，極電光能也在加速推進鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化進程，目前公司150MW試制線建設已進入設備安裝調(diào)試階段，計劃三季度末完成首片下線。同時，極電光能的GW級量產(chǎn)線建設也在規(guī)劃中，計劃于2023年啟動首條GW級量產(chǎn)線建設，2024年正式投產(chǎn)，至2026年將建成10GW的產(chǎn)能，為“雙碳”建設提供更優(yōu)質(zhì)的綠色能源產(chǎn)品。
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