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足球免费贴士网(www.hgbbs.vip)_寿命延长至30年!钙钛矿太阳能电池最大缺点将被克服?

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近两年钙钛矿不断吸引资本的眼球,既有光伏业内企业纷纷研究布局,又有业界外大佬宁德时代的切入。作为HJT和TOPCon的下一代技术,钙钛矿拥有更高的转换效率,是大佬们争相追捧的重要原因。


什么是钙钛矿?


自P型电池转换效率达到瓶颈后,N型电池开始成为市场研究的主流。目前市场主要N型电池包括HJT、TOPCon和IBC等,HJT最高转化效率目前已超26%,目前平均量产效率超24%。TOPcon量产效率也已经能达到24.6%,晶科能源最新N型TOPCon电池转化效率达25.4%。


但是就理论极限而言,晶硅电池理论极限效率为29.4%,TOPCon电池理论极限效率为28.7%,理想条件下最高效率在27.5%;HJT效率上限在28.2%-28.7%。晶硅电池29.4%的理论效率可能在十年内就会遇到瓶颈,所以未来N型电池需要叠加钙钛矿层来突破晶硅电池效率极限。HJT相对于其他N型电池而言,更适合采用叠层和钙钛矿技术,这也是市场对HJT认可的重要原因之一。



钙钛矿其实和“钙钛矿”字面意思并没有什么关联。真正的意思是指与钙钛矿(CaTiO3)晶体结构类似的“ABX3”化合物。所谓钙钛矿电池即利用一种新兴的钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料,进行光电转换的光伏器件。钙钛矿主要分为单层和叠层,新式单层钙钛电池理论效率可达31%,超过晶硅电池极限;而叠层电池包括晶硅/钙钛矿的双节叠层转换效率可达35%,钙钛矿三节层电池理论效率可达45%以上。



钙钛矿电池优缺点有哪些?


1)优点


钙钛矿最大的优点就是效率高。因为钙钛矿材料吸光性能远强于晶硅,能量转换过程损耗低,在室内或者弱光的条件下依旧可以实现高能量转换,所以近十年的时间钙钛矿电池转换效率飞速增长,完胜铜铟镓硒等薄膜电池。


第二个优点是成本低。低成本主要体现在原材料和加工两个环节,原材料储量丰富,且电池加工过程的环境和能耗均较晶硅低。其他优点还包括由于其可以制成彩色和半透明薄膜,可以实现不同的彩色效果,因此可以应用到BIPV上,应用更多样。


2)缺点


钙钛矿最大的缺点耐用性差。由于钙钛矿属于离子晶体材料,所以比晶硅脆弱且稳定性差,有易氧化和不耐高温等缺点,寿命短和衰减率高是其一直没有进入工业化的重要原因,因为需要额外支付其他成本提高其稳定性和耐用性。


其次是涂覆技术不成熟导致制造困难。因为涂覆技术不成熟,钙钛矿层没法均匀涂抹在设备表面,对器件性能有明显负面影响,需要提升喷涂工艺。


第三,虽然实验效率高,但实际转化效率可能低。因为普遍使用TCO(透明导电氧化物)薄膜收集电流,而此类材料的一些物理性质会造成光损失,且随着面积的增大愈发明显,这导致钙钛矿组件的效率会明显低于单体电池。


最后还有因为原材料元素含铅等有毒金属物而导致不环保。


钙钛矿太阳能电池最新进展


据最新一期《科学》杂志报道,美国普林斯顿大学研究人员开发出了第一个具有商业可行性的钙钛矿太阳能电池,这标志着一种新兴的可再生能源技术的重要里程碑。该团队预计,他们的设备可在超过行业标准的情况下运行大约30年,远远超过太阳能电池20年寿命的门槛。



该设备不仅经久耐用,还符合通用的能效标准。这是此类电池中第一个可与硅基电池性能相媲美的电池。


钙钛矿是一种具有特殊晶体结构的半导体,非常适合用于太阳能电池技术。它们可在室温下制造,使用的能源比硅少得多,因此生产成本更低,更可持续。


早期的钙钛矿型太阳能电池(PSC)在2009—2012年间问世,只能持续几分钟。2017年的纪录是电池在室温连续照明下工作了一年,而新设备能在类似实验室条件下运行5年。研究人员表示,这一创纪录的设计突显了PSC的耐用潜力,特别是作为推动太阳能电池技术超越硅极限的一种方式。


此次,研究人员对不同材料进行了分层,以优化光吸收,同时保护最脆弱的区域不受照射。他们在两个关键成分之间开发了一层超薄的“二维覆盖层”:吸收钙钛矿层和由铜盐及其他物质制成的荷电层。目标是防止钙钛矿半导体在几周或几个月内烧毁。


研究人员还对这些设计进行了数十次排列,改变几何结构中的微小细节及覆盖层数,并尝试了数十种材料组合。实验结果显示,新设备在平均温度约为35℃且连续照明至少5年的情况下,可发挥出80%以上的峰值效率。


研究人员表示,从长远来看,钙钛矿可在室温下制造,其制造可避免燃烧大量的化石燃料。但新技术的开发并不意味着PSC将在很大程度上取代硅设备,而是对旧技术的补充,从而使太阳能电池板更便宜、更高效、更耐用,并将太阳能扩展到现代生活中更多新领域。


来源:科技日报,华尔街见闻

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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