钙钛矿有望成为光伏新主流技术

来源:光伏资讯    关键词:光伏发电, 太阳能,    发布时间:2019-05-14

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 光伏产业的发展催生了一代又一代的新技术。历经几十年的选择,单晶硅、多晶硅、薄膜太阳能逐渐占领了行业主流。
而近年来,一种被称为“未来最佳光伏发电材料”的钙钛矿出现在人们的视野中,并迅速成为行业内关注的焦点。

研究发现,这种新型光伏技术不仅能够有效代替晶硅,还能够全面降低光伏系统造价,使其低于火电成本。

全球不少国家对此表示重视,纷纷加大研发力度,力推钙钛矿的商业化应用。

近日,加州大学洛杉矶分校(UCLA)和中国组件制造商锦州阳光能源有限公司(Solargiga)共同发布声明,称其研究人员通过在钙钛矿层上添加咖啡因,将钙钛矿太阳能电池的热稳定性和效率从17%提高至20%。

效率的提高使得钙钛矿的商业化更进一步。不少业内人士预计,只需要两至三年时间,钙钛矿就可以超过单晶。

最佳光伏发电材料出现

钙钛矿最早出现在2009年,此后,关于钙钛矿太阳能电池的研究便成为了光伏界的热点话题。

作为一种新型的光伏器件,钙钛矿电池具有制备简易、材料丰富、光电性能优异等特点,被称为目前已发现的最佳光伏发电材料。

与市场上主流的晶硅材料相比,钙钛矿的材料结构在制备电池中更加具有优势。它对于杂质并不敏感,因此对于纯度的要求远远低于硅料纯度。

更为重要的是,钙钛矿的原材料和技术都十分简便易得。

目前的晶硅电池和薄膜太阳能电池基本上都是特定的一种或几种材料,而钙钛矿电池则是一种化合物电池,有多达几万种原材料可供选择。

此外,相比晶硅电池对硅料的需求,钙钛矿电池对于原材料的需求也要少得多。一块72片电池的晶硅组件对硅的消耗量约为1公斤,而同等面积的钙钛矿电池组件只需要钙钛矿材料2克左右。

在转换效率提升方面,钙钛矿也更具空间。晶硅技术的效率提升经过了几十年的时间,而钙钛矿的效率则在短短十年内快速提升,目前,钙钛矿电池的实验室效率是中国科学院创造的23.7%,超过了多晶硅、碲化镉和铜铟镓硒,仅次于单晶。

一旦技术取得更大突破,钙钛矿将以低于单晶产品一半的成本大规模应用到光伏发电领域中。届时,钙钛矿或将成为新一代的光伏材料。

“喝咖啡”的钙钛矿新技术

成熟的钙钛矿电池具有超越晶硅材料的优势,因为钙钛矿技术领域的创新一直层出不穷。

近日,在一篇刚刚发表的论文中,科学家们对钙钛矿太阳能电池效率的提高提出了新的方法。

美国加州大学洛杉矶分校材料科学与工程学院、锦州阳光能源公司的研究团队观察到,咖啡因中氧原子与钙钛矿材料中铅离子的相互作用,能显著提升钙钛矿太阳能电池的热稳定性,将转换效率从17%提升到20%。

据研究人员介绍,他们的灵感正是来自于喝咖啡可以提神。研究团队采用加热的方法将咖啡因添加到40个太阳能电池的钙钛矿层中,并使用红外吸收光谱来确定咖啡因是否成功地与钙钛矿结合。

结果显示,咖啡因中羰基的特征峰发生了移动,这意味着咖啡因已成功与钙钛矿结合。

随后研究人员观察发现,这种“喝过咖啡”的钙钛矿电池输出功率提高了大约20%。这意味着,咖啡因可以帮助钙钛矿提高效率。

实际上,目前钙钛矿电池在实验室中的效率已经与单晶相差无几。资料显示,单晶硅光电转换效率的世界纪录为26%,而钙钛矿也已经达到了24%左右。

不少研究者认为,按照现在的实验室效率估算,再过两三年,钙钛矿将十分有可能超过单晶。

毫无疑问,钙钛矿的出现,对于光伏行业来说将是一次新的技术革命。

钙钛矿有望成为光伏新主流技术

当下,全球光伏领域正处于迈入低价、平价上网的关键时期,而钙钛矿作为一种成本低、效率高的新兴技术,将在未来的转型过程中发挥着重要作用。

在全球范围内,不少公司都不约而同提出了加速钙钛矿产业化的目标。

今年2月份,中国光伏龙头企业协鑫集团旗下苏州协鑫纳米科技有限公司(以下简称“协鑫纳米”)表示将计划在2020年实现钙钛矿光伏组件的商业化生产。

目前,协鑫纳米拥有一条10MW的试生产线,生产出的钙钛矿光伏组件为全球面积最大,同时也是大面积中效率最高的组件。

凭借领先的技术水平,协鑫纳米已经开始了100MW量产生产线的建设工作。据介绍,在现有的技术水平下,这条100MW的生产线制造的钙钛矿组件成本预计将低于1元/W。

当产能继续扩大到1000MW以上时,组件成本将进一步下降到0.7元/W。按照这一数值计算,光伏系统造价将低于3元/W,这也意味着光伏系统的发电成本将显著低于火电。

众所周知,光伏行业已经开始逐步过渡到了平价上网阶段,钙钛矿技术的进步将在一定程度上降低光伏系统造价,推动全面平价上网时代的到来。

目前的钙钛矿技术正在从实验室走向商业化生产阶段,自然也存在着不少技术难题。但作为全球最受瞩目的新兴光伏技术之一,钙钛矿的研究正在逐步加深,难题也将迎刃而解。

在全面推动平价上网的当下,钙钛矿产业化的时机已经成熟,预计在未来的几年中,钙钛矿将成为光伏行业新的主流技术。