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鈣鈦礦組件穩定性實現重大突破
新產品新技術   2020-03-06

鈣鈦礦太陽能電池技術具有轉換效率高、可與晶硅電池疊加、制備過程綠色低碳、且不受稀有金屬儲量限制等優勢,其最大亮點是低成本。


以我國的纖納光電、協鑫納米,日本的松下、東芝以及英國牛津光伏等為代表的企業,在鈣鈦礦效率提升的道路上均取得了不同的階段性進展,資本的進入也為鈣鈦礦技術的發展提供了強勁的支持。


此前,中國長江三峽集團下屬三峽資本宣布以戰略投資者身份注資杭州纖納光電技有限公司(簡稱“纖納光電”),成為首家投資布局鈣鈦礦技術的央企。


轉換效率“跨越式”提升


從2009年發展至今,鈣鈦礦光伏電池的實驗室轉換效率從3.81%到25.2%,展現出極為迅速的提升趨勢。


根據Henry·Snaith教授刊登在《自然·能源》的論文,新式鈣鈦礦光伏電池的單層理論效率可達31%;鈣鈦礦疊層電池,包括晶硅/鈣鈦礦的雙節疊層轉換效率可達35%;鈣鈦礦三節層電池,理論效率可達45%以上,接近于目前市場上傳統光伏電池轉化效率的兩倍。


在單層鈣鈦礦技術量產方面,雖然國內外企業均起步不久,但我國企業已屢破世界紀錄,其中,僅纖納光電就五次刷新了鈣鈦礦組件轉換效率的世界紀錄。2019年12月,纖納光電宣布,其自主研發的鈣鈦礦小組件效率又創新高,在面積為19.276平方厘米的小組件上,光電轉換效率突破18%,刷新了由其保持的世界最高效率。短短3年,纖納光電將鈣鈦礦小組件效率提升了6個百分點。


值得一提的是,盡管鈣鈦礦電池的轉換效率被持續刷新,但對電池效率卻說法不一。這是由于鈣鈦礦電池的測試方式不同于傳統光伏電池,對于設備和光源的要求較高;測試方法的不盡相同,給測試結果帶來了很大誤差。


經專家測算,市面上60片規格的晶硅組件,每塊含鉛量在16克至18克左右,而同樣尺寸的鈣鈦礦組件,每塊含鉛僅為兩克。鈣鈦礦中的鉛是以鉛的鹵化物形式存在,所以它的物理化學特性十分穩定,并且可以采用多種方式,在組件破碎后阻止金屬離子擴散到環境中。


穩定性獲突破開啟商業化進程


雖然鈣鈦礦光伏電池具有優異的光學性能、制備過程綠色低能耗,但其走向產業化的過程中卻面臨著電池穩定性問題的挑戰。


傳統配方、工藝下鈣鈦礦光伏電池在連續工作一段時間后會出現明顯的效率衰減,其在使用過程中受到的包括濕、熱、電場和機械應力在內的老化應力會使未經優化的鈣鈦礦材料出現本征性蛻變,致使轉換效率下降,制約了光伏電池的壽命。


目前這一問題已經有了解決方案。2019年12月,纖納光電鈣鈦礦組件在第三方檢測實驗室通過了全球首次IEC穩定性測試,此次全球首例鈣鈦礦組件通過商業化光伏組件環境可靠性測試,標志著鈣鈦礦這一新興技術正式走出實驗室,邁向市場。


根據檢測報告顯示,在加速老化情況下,他們的鈣鈦礦組件衰減率小于5%。在器件壽命方面,按晶硅組件的國際標準預測,通過測試后的鈣鈦礦組件使用壽命為20年左右。


通過穩定性測試后,意味著由此產出的鈣鈦礦組件初步具備了進入市場流通的條件。


據介紹,鈣鈦礦技術要實現商業化目標,需要經歷基礎性研發、實驗室效率提升、中試線建設、工藝優化與商業化效率提升、穩定性難題攻克、新產品示范、新廠房建設和產線擴建等步驟。


此次纖納光電鈣鈦礦產品通過全球首例穩定性測試具有里程碑意義,意味著鈣鈦礦技術邁出了正式商業化的第一步。


在穩定性以及鉛含量的問題破解之后,纖納光電的商業化產線也正在著手建設。據了解,目前纖納光電已在浙江衢州建設100兆瓦鈣鈦礦產業基地,完成了一期廠房11000平方米的基建工程,這也是首個鈣鈦礦太陽能電池的商業化量產項目。


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