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在“雙碳”政策引導(dǎo)和目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與技術(shù)創(chuàng)新正在加速推進(jìn)。鈣鈦礦太陽電池?zé)o疑是目前光伏行業(yè)最受關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)，也是被稱為唯一具有商業(yè)化應(yīng)用前景的新興光伏技術(shù)。與傳統(tǒng)光伏技術(shù)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(shì)。鈣鈦礦技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化將有效的推動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)普及應(yīng)用，促進(jìn)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(shù)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(guān)注。


2022年7月8日，由中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)主辦的“薄膜太陽能電池應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇研討會(huì)”以線上形式順利召開。會(huì)議邀請(qǐng)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(jìn)展、光伏建筑一體化技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐等方面內(nèi)容進(jìn)行探討。極電光能聯(lián)合創(chuàng)始人、總裁于振瑞博士出席會(huì)議，并圍繞“鈣鈦礦太陽電池研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展”做相關(guān)報(bào)告。

于博士在報(bào)告中介紹了鈣鈦礦太陽電池的基本材料和結(jié)構(gòu)。他指出，鈣鈦礦太陽電池的效率在12年的時(shí)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(shí)間走過了晶硅太陽電池近70年的效率提升之路。“它的效率提升速度之快是前所未有的，這主要得益于鈣鈦礦對(duì)其中的雜質(zhì)和缺陷有很強(qiáng)的容忍性。而且鈣鈦礦的理論效率極限可達(dá)33%，還有很大的提升空間。”于博士解釋道。

在報(bào)告中，于振瑞博士重點(diǎn)回應(yīng)了業(yè)界普遍關(guān)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(guān)于大面積生產(chǎn)制備技術(shù)

對(duì)于鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)而言，鈣鈦礦膜層的大面積制備極為重要。當(dāng)前常用的大面積膜層制備技術(shù)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(xué)鍵的形成、材料的形核與結(jié)晶生長(zhǎng)等各種化學(xué)反應(yīng)和物理過程同步發(fā)生，而且留給上述各種反應(yīng)過程的時(shí)間窗口極短，受環(huán)境影響大，在未來大面積規(guī)?；a(chǎn)時(shí)會(huì)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(dú)創(chuàng)的‘氣相-液相’結(jié)合的兩步法鈣鈦礦制備技術(shù)，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。”于博士介紹到，通過“干法搭骨架，濕法定結(jié)晶”的策略，可以把溶劑揮發(fā)與化學(xué)成鍵分開、形核與晶粒生長(zhǎng)分離，而且“骨架層”充當(dāng)著結(jié)晶模板的作用，鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶生長(zhǎng)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。“原位固膜”工藝制備的鈣鈦礦膜層質(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(gè)“工藝”與“配方”并重的技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)技術(shù)研發(fā)向產(chǎn)業(yè)化的邁進(jìn)，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(shù)，同時(shí)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(shù)三大技術(shù)創(chuàng)新，從材料優(yōu)化、缺陷鈍化與配方改進(jìn)、以及膜層制備工藝等維度打造核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)，逐個(gè)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(diǎn)，為鈣鈦礦商業(yè)化量產(chǎn)掃清障礙。

關(guān)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(guān)注的一個(gè)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(jié)果。”于博士稱，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(jī)電荷傳輸層的應(yīng)用、鈣鈦礦材料體系優(yōu)化、鈍化技術(shù)的導(dǎo)入、復(fù)合電極的開發(fā)、以及封裝技術(shù)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(guó)普林斯頓大學(xué)一個(gè)課題組制備的PSC在35°C/1Sun下老化3531小時(shí)沒有任何衰退;而在110°C/1Sun的高溫下運(yùn)行2100小時(shí)，組件效率才衰退了20%，反推到35°C/1Sun，則相當(dāng)于要5.1萬小時(shí)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(shí)之間，且35°C是組件野外使用時(shí)的中位溫度，上述數(shù)據(jù)相當(dāng)于鈣鈦礦光伏組件的野外運(yùn)行時(shí)壽命可達(dá)28-51年。于博士表示“這樣一個(gè)結(jié)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(dá)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(jī)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(shù)、復(fù)合背電極的開發(fā)以及可靠的封裝技術(shù)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)IEC61215的加速老化的認(rèn)證測(cè)試，還通過了泡水、加速光老化等更嚴(yán)苛的測(cè)試，穩(wěn)定性優(yōu)異。

關(guān)于鈣鈦礦的成本

在談到成本方面時(shí)，于博士表示“目前在百兆瓦級(jí)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(dāng)前晶硅組件的成本更低”。隨著行業(yè)的發(fā)展，未來在FTO導(dǎo)電玻璃、折舊、人工成本等方面還會(huì)有大幅降低。

根據(jù)數(shù)據(jù)測(cè)算，到2023年平米級(jí)鈣鈦礦光伏產(chǎn)品將實(shí)現(xiàn)17-19%的效率，后續(xù)持續(xù)提升至25%。百兆瓦級(jí)產(chǎn)線階段成本也將控制在1.0-1.5￥/W之間;1GW級(jí)時(shí)能降到～0.8￥/W;10GW級(jí)降到～0.6￥/W。考慮到鈣鈦礦組件成本較低，如果其效率達(dá)到17%，價(jià)格達(dá)到1.3￥/W，壽命25年時(shí)，就擁有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

除了上述講到的效率、壽命和成本之外，實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)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(biāo)。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(jī)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(biāo)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(dá)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(shù)和政策的雙向驅(qū)動(dòng)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(shì)力，極電光能也在加速推進(jìn)鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，目前公司150MW試制線建設(shè)已進(jìn)入設(shè)備安裝調(diào)試階段，計(jì)劃三季度末完成首片下線。同時(shí)，極電光能的GW級(jí)量產(chǎn)線建設(shè)也在規(guī)劃中，計(jì)劃于2023年啟動(dòng)首條GW級(jí)量產(chǎn)線建設(shè)，2024年正式投產(chǎn)，至2026年將建成10GW的產(chǎn)能，為“雙碳”建設(shè)提供更優(yōu)質(zhì)的綠色能源產(chǎn)品。

原標(biāo)題：于振瑞：做最優(yōu)的低碳能源產(chǎn)品，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化指日可待！