編者按:由于晶硅太陽能電池已接近極限,鈣鈦礦太陽能電池與傳統(tǒng)的晶硅電池相比成本低廉吸光能力強(qiáng),越來越受到大家的喜歡,鈣鈦礦太陽能電池商業(yè)化進(jìn)程加速。
隨著晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率越來越接近極限,其身后的“挑戰(zhàn)者”正摩拳擦掌、躍躍欲試,鈣鈦礦太陽能電池成為近來最惹人關(guān)注的一個(gè)。
自2017年鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)被列為諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的熱門提名后,市場逐漸關(guān)注到其商業(yè)價(jià)值。最近兩年,鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)發(fā)展進(jìn)程加快,已有企業(yè)實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)。在轉(zhuǎn)化效率不斷刷新紀(jì)錄的背景下,鈣鈦礦太陽能電池已經(jīng)成為全球公認(rèn)最具前景的新一代光伏材料。
“鈣鈦礦+晶硅”破難題
據(jù)了解,和傳統(tǒng)太陽能電池相比,鈣鈦礦太陽能電池有較多優(yōu)勢。一是原材料成本低廉,二是鈣鈦礦太陽能電池對光的吸收能力更強(qiáng),產(chǎn)出等量的電力多需的原材料更少,這也使得其安裝成本更低。但是,由于此前產(chǎn)業(yè)內(nèi)對鈣鈦礦太陽能電池的研究并不成熟,鈣鈦礦太陽能電池一直面臨穩(wěn)定性不佳、轉(zhuǎn)化效率有待提升的難題。
為了解決鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性問題,此前,業(yè)內(nèi)曾提出“鈣鈦礦+晶硅”結(jié)合發(fā)展的思路。目前來看,這已成為了現(xiàn)實(shí)可行的發(fā)展路徑。
近日,由澳大利亞國立大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型鈣鈦礦-硅串聯(lián)太陽能電池轉(zhuǎn)化效率創(chuàng)下了27.7%的新紀(jì)錄。該款電池便是將鈣鈦礦太陽能電池堆疊在晶硅太陽能電池之上,這既解決了鈣鈦礦穩(wěn)定性問題,又增加了晶硅太陽能電池的吸光能力,可謂優(yōu)勢互補(bǔ)。
該研究團(tuán)隊(duì)成員Kylie Catchpole表示,短期內(nèi)將這款電池的轉(zhuǎn)化效率提升至30%不成問題。“這一結(jié)果證明了鈣鈦礦太陽能電池的實(shí)力。雖然晶硅太陽能電池目前在市場上占主導(dǎo)地位,但其轉(zhuǎn)化效率將在未來5—10年內(nèi)達(dá)到極限。”
產(chǎn)學(xué)研結(jié)合促發(fā)展
據(jù)了解,我國也一直十分重視對鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)的研發(fā)和商業(yè)化。
2019年6月,科技部發(fā)布國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“可再生能源與氫能技術(shù)”等重點(diǎn)專項(xiàng)2019年度項(xiàng)目申報(bào)指南的通知,其中在太陽能一項(xiàng)中,特別提出為探索大面積太陽能電池制備技術(shù),開展高效穩(wěn)定大面積鈣鈦礦電池關(guān)鍵技術(shù)及成套技術(shù)研發(fā),解決大面積鈣鈦礦電池穩(wěn)定性問題。
在國家產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略和政策的支持下,上??萍即髮W(xué)、吉林大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、杭州纖納光電科技有限公司(下稱“纖納光電”)等產(chǎn)學(xué)研單位都致力于鈣鈦礦太陽能電池的研發(fā)工作。
2019年11月,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所薄膜硅太陽電池研究組聯(lián)合陜西師范大學(xué)研團(tuán)隊(duì),通過將半透明鈣鈦礦太陽能電池與高效晶硅異質(zhì)結(jié)薄膜電池結(jié)合,組成轉(zhuǎn)化效率達(dá)27%的四端鈣鈦礦—硅疊層太陽能電池。
今年2月,中國科學(xué)技術(shù)部高技術(shù)研究發(fā)展中心發(fā)布了“2019年度中國科學(xué)十大進(jìn)展”,其中,“闡明銪離子對提升鈣鈦礦太陽能電池壽命的機(jī)理”一項(xiàng)入選,該項(xiàng)研究大幅提升了鈣鈦礦太陽能電池的使用壽命和穩(wěn)定性。
此外,2019年9月,中國鈣鈦礦光電子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正式揭牌。該聯(lián)盟由湖北萬度光能有限責(zé)任公司、北京大學(xué)、華中科技大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)等單位推動(dòng)成立。聯(lián)盟會(huì)長黃維稱,新材料和光電子已被列入湖北省科技創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的重點(diǎn)內(nèi)容和優(yōu)先領(lǐng)域。未來,聯(lián)盟將推進(jìn)鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研合作,推動(dòng)該領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
大企業(yè)紛紛布局
根據(jù)中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的數(shù)據(jù),晶硅太陽能電池的理論轉(zhuǎn)化效率極限是29.4%。目前,已有報(bào)道的晶硅太陽能電池實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化效率最高已經(jīng)達(dá)到26.6%。在晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)化效率提升空間越來越小的情況下,不少業(yè)內(nèi)企業(yè)將目光瞄向了新型材料。通威股份、漢能集團(tuán)、東方日升等公司均表示,正在追蹤鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展動(dòng)向,或已經(jīng)在相關(guān)領(lǐng)域有所布局。
協(xié)鑫納米在鈣鈦礦組件技術(shù)上的布局已經(jīng)先人一步。2019年9月,協(xié)鑫納米表示,已率先建成10兆瓦級別大面積鈣鈦礦組件中試生產(chǎn)線,并完成了相關(guān)材料合成及制造工藝的開發(fā),同時(shí)啟動(dòng)了100兆瓦量產(chǎn)生產(chǎn)線的建設(shè)工作,計(jì)劃于今年實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦組件的商業(yè)化生產(chǎn)。當(dāng)時(shí),協(xié)鑫納米大面積鈣鈦礦光伏組件完成了德國萊茵TüV集團(tuán)的功率測試,有效面積內(nèi)的轉(zhuǎn)化效率達(dá)16.4%。
隨著鈣鈦礦電池技術(shù)開啟商業(yè)化進(jìn)程,越來越多的企業(yè)看好鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)的發(fā)展前景,投資該領(lǐng)域。2019年3月,金風(fēng)科技宣布,以戰(zhàn)略投資者身份領(lǐng)投英國鈣鈦礦太陽能發(fā)電公司牛津光伏D輪融資,投資金額2100萬英鎊。2019年4月,長江三峽集團(tuán)旗下三峽資本表示,注資新型鈣鈦礦薄膜組件企業(yè)纖納光電5000萬元。
Kylie Catchpole預(yù)計(jì),2023年前鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn),相關(guān)產(chǎn)品將被推廣。
原標(biāo)題:鈣鈦礦太陽能電池商業(yè)化進(jìn)程加速