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中国光伏产业占据全球主导地位,光伏电池最新技术和成果速览

星之球科技 来源:英利能源中国2021-03-31 我要评论(0 )   

3月30日,在国务院新闻办举行的中国可再生能源发展有关情况发布会上,国家能源局局长章建华表示,我国光伏发电技术快速迭代,多次刷新电池转换效率世界纪录,光伏产业占...

3月30日,在国务院新闻办举行的中国可再生能源发展有关情况发布会上,国家能源局局长章建华表示,我国光伏发电技术快速迭代,多次刷新电池转换效率世界纪录,光伏产业占据全球主导地位,光伏组件全球排名前十的企业中我国占据7家。

说起光伏电池,目前主流电池就是PERC电池,而TOPCon电池、HJT电池、IBC电池等占比较小,特别的,铜铟镓硒(CIGS)电池、钙钛矿电池还属于研究阶段。虽然P型电池是主流,但P型电池在转换效率达到22%后(P型Si太阳能电池效率衰减,N型电池迎来广阔市场),在长时间的光照下会出现光致衰退效应,进而导致资本及技术投入边际效益率递减,影响整体收益。因此,业内多有TOPCon电池、HJT电池将替代P型电池的说法。

HJT异质结电池:

HJT异质结电池,拥有独特的双面对称结构及非晶硅层优秀的钝化效果,转换效率上限更高,同时其生产工序少,理论成本也更低,目前的平均转化效率在24%。异质结电池具有结构简单、工艺温度低、钝化效果好、开路电压高、温度特性好、双面发电等优点,是高转换效率硅基太阳能电池的主要方向之一。

前段时间,国家电投中央研究院研发的、具有完全自主知识产权的 “ C-HJT高效晶体硅铜栅线异质结光伏电池”,通过自有技术导入,获得了低表面态密度、高质量界面钝化、高迁移率、高透过率、低接触势垒及低遮光面积的高性能, 最高量产效率已达 24.53%,比国际上异质结光伏电池量产平均效率高出0.5个百分点, 达到国际领先水平。

但是目前生产异质结电池的核心设备还需要进口,加上还需要并不主流的低温银浆,相较而言,异质结成本相比PERC电池贵了不少。

TOPCon电池

TOPCon技术是在电池背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层,二者共同形成钝化接触结构。这种结构能让硅片背面表层更好的钝化,超薄氧化层、多晶硅层综合作用,能极大地降低金属接触复合电流,提升开路电压和短路电流。

在这里,不得不说英利熊猫电池(PANDA),其兼顾低成本、高效率等诸多优点。最主要的是,熊猫电池可以与现有的P型Si太阳电池生产线相兼容,能够实现大规模商业化生产,制备成本低,工艺流程短。熊猫电池的研究和生产应用,使得英利成为全球第三个能够大规模生产高效率N-Si太阳电池的公司之一。

英利熊猫电池主要技术特点包括:

(1)、双面发电设计,从正面、背面接受的光线都能生发电能。

(2)、采用细密栅线设计,减小栅线的遮挡光面积,提高电池的短路电流。

综合HJT电池和TopCon电池的特性来看,TopCon能很好地对现有PERC设备兼容,且生产过程中的非硅成本低。可见,未来接棒PERC技术的,一定是Topcon技术。最后,我们看看一些最新的光伏电池技术和成果吧:

钙钛矿电池:

钙钛矿就是一种用于太阳能发电的新材料,相比传统太阳能电池板中使用的晶体硅,钙钛矿不仅更轻薄、可变形,同时更便宜、更环保,在应用范围上将产生颠覆性变革。

近年来,钙钛矿太阳能电池(PSCs)发展迅速,其光电转换效率(PCE)从最初的3.8%提高到了25.2%,但环境不稳定性仍然是阻碍其走向商业化的一大瓶颈。

(1)26日,国际学术期刊《科学》杂志在线发表《室温、高湿度下制备稳定的甲脒基钙钙钛矿》,这项关于太阳能电池的最新研究成果来自我国西北工业大学黄维院士团队。

他们团队独创性地提出了,以一种多功能的“离子液体”作为溶剂来替代传统的有毒的有机溶剂制备钙钛矿材料,不仅稳定性高、制备工艺简单,还提高了光电转化率。钙钛矿原材料本身是粉末状,和其他两三种材料混到一个溶剂里,形成均匀的溶液,好比把糖和盐溶于水一样。将得出的溶液涂到一个衬底上,它就形成了一层薄膜,这薄膜只有不到一微米,相当于百分之一的A4纸的厚度。然后再给它镀上电极,它就是一个完整的太阳能电池了。

(2)日前,中山大学毕冬勤教授团队提出了一种作用于2D 钙钛矿GA2MA4Pb5I16的多功能界面改性策略,使用溴化胍(GABr)优化钙钛矿薄膜的二次结晶过程。测试表征表明,在钙钛矿界面处引入GABr可以调节钙钛矿的重结晶过程,引起2D钙钛矿薄膜中相的重新排列;此外,进入钙钛矿晶格的GA+可以抑制钙钛矿材料的降解,有效改善了器件的环境稳定性和光稳定性。经GABr优化后,2D PSCs的PCE达到19.3%;在没有封装的情况下,器件在环境条件下保存3000小时后仍能保持其初始PCE的94%,这项工作为2D PSCs的界面优化方法提供了可靠的基础。

(3)日前,来自德累斯顿工业大学应用物理研究所(IAP)和德累斯顿电子发展中心(cfaed)的研究人员开发了一种可重复制造高效钙钛矿太阳能电池的通用方法。他们的研究已经发表在《自然通讯》杂志上。

钙钛矿薄膜形成过程中的基本过程强烈地影响了光伏器件的再现性。当从溶液中沉积钙钛矿层时,反溶剂滴到钙钛矿溶液上以触发其结晶。研究发现,钙钛矿与抗溶剂的接触时间对最终器件性能有显著影响,直到现在,这个变量在研究界都没有被注意到。

这项研究的第一作者Alexander Taylor博士说,“这与某些抗溶剂至少可以部分溶解钙钛矿层的前体,从而改变其最终组成有关。此外,抗溶剂与钙钛矿溶液溶剂的互溶性影响了它们触发结晶的效果。”

通俗来说,研究证明了最佳的抗溶剂应用可以显著扩大钙钛矿光伏器件的处理窗口。

铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池:

3月22日,科技日报记者从中国建材蚌埠玻璃工业设计研究院了解到,经美国国家可再生能源实验室(NREL)测试证实,中国建材蚌埠玻璃工业设计研究院所属德国Avancis公司生产的30×30平方厘米铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池组件,其光电转换效率达到19.64%,再次打破了铜铟镓硒太阳能电池组件光电转换效率的世界纪录。

该公司曾经在2016年创造了30×30平方厘米铜铟镓硒CIGS太阳能电池组件光电转换效率17.9%的世界纪录。时隔4年,Avancis公司再次打破世界纪录。



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