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澳洲幸运5官网(www.a55555.net):备受青睐,钙钛矿叠层电池有何优势,主流企业技术储备如何?

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随着人们对新能源的认知不断提高、太阳能技术不断突破、太阳能板的功率和效率不断增加。钙钛矿电池的前景已经愈发清晰,一幅宏伟的产业蓝图正徐徐展开。叠层电池或将成为太阳能电池主要技术,主流企业均已有技术储备。


一、太阳能资源开发利用前景广阔


随着化石能源的日益耗尽,新能源的开发越来越迫切。除了水电、核电、风电等技术不断取得进展,太阳能的开发技术也不断出现新突破。


对于人类来说,太阳能安全、清洁、还具有取之不尽用之不竭的优势。肖教授介绍,每年太阳照射到地球表面的能量足足有3650Q,可以被地基转换的就有1065Q,而人类每年使用的太阳能仅需0.5Q,地基转换的太阳能量远远大于人类的使用能量。


根据研究测算,每年到达地球表面的太阳能相当于130万亿吨标煤,使用太阳能代替煤炭发电,将大幅降低二氧化碳排放量,因此国际上正逐步提升太阳能等清洁能源使用率。


肖教授介绍,根据碳中和计划,2030年,国际上光伏装机量将达到7-10TW,到2050年,太阳能与风能将成为70%的发电来源。


但想将光伏发电融入到日常生活,并提高其重要性,就需要规模化制造大面积的高效太阳电池。

二、HJT钙钛矿叠层愈发确定


钙钛矿电池属于第三代太阳能电池,包括纯钙钛矿电池和钙钛矿叠层电池两种类型。 太阳能电池经历了三段发展时期,第一段属于晶硅电池,晶硅电池先后经历了多晶 和单晶之争、N 型和 P 型之争,单晶相比多晶效率更高,初始阶段成本相应也更高, 2015 年单晶组件市占率不超过 20%,2019 年已经达到 62%,完成对多晶的超越。


同 时,根据 CPIA 数据,2021 年 perc 电池市占率达 91%,远大于效率更高的 N 型,未 来随着 N 型不断降本,有望成为市场主流;第二代薄膜电池的发展较为波折,19 世 纪 80 年代和 2000 年至 2010 年间,薄膜电池均是当时市场主流,但 19 世纪 90 年代 和 2010 年后晶硅电池分别凭借效率优势和成本优势快速抢占市场,2021 年全球市场 中薄膜电池市占率仅为 3.8%。目前主流的薄膜电池包括碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒 (CIGS)和砷化镓(GaAs);第三代新型薄膜电池中既包括钙钛矿太阳能电池,也 包括量子点太阳能电池和染料敏化太阳能电池,其中钙钛矿太阳能电池又可分为纯 钙钛矿电池和钙钛矿叠层电池,钙钛矿电池可分别和晶硅电池或薄膜电池进行叠层, 理论上最大的叠层数量是 4 层。


纯钙钛矿电池中 n-i-p 型电池结构较为普遍,钙钛矿叠层电池中 HJT-钙钛矿叠层电 池较为合适。钙钛矿叠层电池方面,钙钛 矿可以选择和晶硅电池叠层,也可以选择和薄膜电池叠层,其中由于 HJT 电池结构 天然适合与钙钛矿电池进行叠层,因此 HJT-钙钛矿叠层电池是较为普遍的产业选择, HJT-钙钛矿叠层电池的顶电池一般为钙钛矿电池,底电池一般为 HJT 电池,由钙钛 矿电池负责吸收短波长的太阳光(紫外+蓝绿可见光),HJT 电池负责吸收长波长的太 阳光(红外光),可以很好的提高太阳能电池的性能。


叠层电池的寄生吸收损失主要原因为叠层电池中钙钛矿层和 硅层吸收光产生光电流,但电子传输层、空穴传输层、透明电极的光吸收不会产生 光电流,从而导致寄生吸收损失,通过削减膜层厚度可以降低吸收损失;电损失: 是由电子传输层、空穴传输层、透明电极等各层的表面电阻引起,降低膜层厚度一 方面可以降低寄生吸收损失,但另一方面也会增加表面电阻,因此优化薄膜厚度使 得光损失和电损失之间达到平衡是提高叠层电池性能的重要方式之一;电流失配导 致的能量损失:叠层电池的光电流遵循短板效应,即取决于子电池中最小的光电流, 因此使得顶电池和底电池的电流匹配也是提高叠层电池性能的重要途径,需要通过 不断的计算和模拟以获得最理想的匹配结果。

三、叠层电池或将成为太阳能电池主要技术


由于太阳光谱的能量分布较宽,单一的半导体材料吸收光能的效率较低。为了提高同样面积的太阳能使用效率,科学界将不同的材料按照一定顺序组合排列,这种叠合结构的光伏电池就是叠层太阳能电池。


据介绍,现阶段,太阳能电池中最常用的吸光材料有两种,一种是晶硅,另一种是钙钛矿。未来十年,他更看好钙钛矿/晶硅双结叠层电池,其优势有三。


首先,在能量转化效率方面,钙钛矿/晶硅叠层电池潜力巨大。研究显示,晶硅电池的转化效率理论上限是29.3%,而钙钛矿/晶硅叠层电池转化效率的理论上可达到42%。


其次,钙钛矿/晶硅叠层电池在经济上也更为划算,能够降低发电成本。根据测算,钙钛矿的度电成本有望比火电还低,甚至跟火电拉开一毛钱到一毛五的成本差异。

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第三,钙钛矿/晶硅叠层,能充分利用晶硅电池的成熟产业,在晶硅电池上直接制备钙钛矿电池。


但钙钛矿电池本身的研发面临着不小的瓶颈,其寿命短、稳定性差、天然不稳定的特质成为钙钛矿技术产业化落地的最大掣肘。


当前,全球光伏科学界正在对钙钛矿的效率衰减和稳定性进行科技攻关,新的解决方案不断涌现,也许很快就会有解决办法。作为世界经济论坛(WEF)认定的“改变人类生活的10大新兴技术”之一,钙钛矿电池的前景已经愈发清晰,一幅宏伟的产业蓝图正徐徐展开。

四、主流企业均有钙钛矿叠层电池技术储备


(1)已有中试线:华晟新能源、牛津光伏


华晟新能源:异质结领军企业,明确钙钛矿-异质结叠层电池发展路径;


牛津光伏:金风科技入股,已有100MW钙钛矿叠层电池产线;


(2)已有实验线:晶科能源、通威股份


晶科能源:建立大面积钙钛矿电池及组件研发线,Topcon/钙钛矿叠层太阳能电池效率达27.6%;


通威股份:钙钛矿实验室已经建立完成,首块钙钛矿电池有望年内下线;


(3)中试线规划建设中:宝馨科技、杭萧钢构、曜能光电


宝鑫科技:异质结新进入者,同步布局钙钛矿-异质结叠层;


杭萧钢构:2022年底投产首条100MW晶硅薄膜+钙钛矿叠层电池中试线;


曜能光电(A轮):2022年下半年开始建设中试车间,预计2023年建成;


(4)研究阶段:隆基绿能、晶澳科技、天合光能、东方日升、中来股份、爱康科技、聆达股份。


来源:金融界,前瞻网,未来智库

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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