光伏發電效率再創新高 留給晶硅組件的時間已不多

近日，美國國家可再生能源試驗室(NREL)最新公布了全球太陽能電池試驗室最高效率圖，由德國海姆霍茲柏林材料所(HZB)創造的單結鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池的最新效率為29.15%，沖破超過了牛津光伏公司之前報道的28%效率，再破世界記錄。

什么是鈣鈦礦電池?

鈣鈦礦型太陽能電池(perovskitesolar cells)，是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代太陽能電池，也稱作新概念太陽能電池。

迄今為止，大多數的太陽能電池都是由硅制成，因為這種材料非常善于吸收光線。可是，硅面板的制造成本卻很昂貴。

科學家們一直都在研究由鈣鈦礦組成的結構，使之成為硅的替代品。真正的鈣鈦礦，是一種存在于地球中的礦物，它由鈣、鈦、氧分子經過特殊排列而成。具有相同晶體結構的材料稱為鈣鈦礦結構。

相比于共棱、共面形式連接的結構，鈣鈦礦結構顯得更加穩定，更有利于缺陷的擴散遷移。因此，鈣鈦礦具備了許多優異的物理化學特性，例如電催化性、吸光性等。

鈣鈦礦結構非常適合作為太陽能電池吸收光線的活性層，因為它們吸收光線的效率比硅更高，且成本更低廉。將鈣鈦礦結構集成到太陽能電池中，要采用的設備也相對簡單。例如，它們可以溶解到溶劑中，筆直噴涂到基底上面。

由鈣鈦礦結構組成的材料有望為太陽能電池設備帶來一場革命，但是卻具有一個嚴重的缺陷：它們通常很不穩定，在高溫條件下性能會退化。這嚴重妨礙了它們的商用。

技術沖破已是必然

增效和降本是實現光伏平價上網的關鍵，作為主流光伏技術，晶硅市場份額超95%，盡管發電成本也在繼續緩慢下降，但其效率已越來越接近極限。如目前普遍采用的晶硅PERC技術，通常能達到22%左右轉化效率，其技術路線圖預計最大量產效率接近24 %。留給晶硅組件通過提質增效降本的空間已經很小。

考慮到光伏發電將來的繼續發展，尋找更高發電效率的替代材料已是必然。此前牛津光伏公布了鈣鈦礦-硅疊層電池28.0%轉化效率，沖破世界紀錄，通過了美國國家可再生能源試驗室 (NREL) 認證。

與此同時，國內光伏公司對鈣鈦礦的布局也在加快鈣鈦礦電池的量產化進程。杭州纖納光電首條20MW鈣鈦礦量產產線加工的鈣鈦礦組件(200cm-800cm)效率達到11.98%，打破了日本東芝公司保持的前世界紀錄。

協鑫集團旗下蘇州協鑫納米科技有限公司已率先建成10兆瓦級大面積鈣鈦礦組件中試加工線，完成了相關材料合成及制造工藝的開發。此外，協鑫宣布已開始100兆瓦量產加工線的建設工作，計劃于2020年實現鈣鈦礦光伏組件的商業化加工。在1241.16平方厘米的有效面積上，協鑫納米實用化鈣鈦礦組件效率達到了15.31%。

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