編者按:在原本沉寂的太陽(yáng)能(3.140, 0.00, 0.00%)發(fā)電投資領(lǐng)域,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池今年突然成為風(fēng)險(xiǎn)投資關(guān)注的焦點(diǎn)。
3月15日,中國(guó)第一大風(fēng)機(jī)制造商金風(fēng)科技(11.960, -0.18, -1.48%)宣布,以戰(zhàn)略投資者身份領(lǐng)投英國(guó)鈣鈦礦太陽(yáng)能發(fā)電公司牛津光伏有限公司(Oxford PVTM)D輪融資,投資金額2100萬(wàn)英鎊。
4月26日,長(zhǎng)江三峽集團(tuán)旗下三峽資本聯(lián)合中國(guó)三峽新能源與杭州纖納光電科技有限公司(簡(jiǎn)稱纖納光電)宣布,三峽資本以戰(zhàn)略投資者身份注資纖納光電,投資金額5000萬(wàn)人民幣。這家成立不足4年的公司,目前是全球鈣鈦礦太陽(yáng)能組件光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄的保持者。
所謂鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(perovskite solar cells),是利用鈣鈦礦的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽(yáng)能電池,屬于第三代新概念太陽(yáng)能電池之一,具有光電轉(zhuǎn)換效率特別高、成本低的特點(diǎn),目前實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換率水平最高接近30%,是目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率最高的太陽(yáng)能電池。
不過(guò),從全球來(lái)看,雖然鈣鈦礦太陽(yáng)能電池尚處實(shí)驗(yàn)室階段,并未實(shí)現(xiàn)真正的量產(chǎn),但隨著技術(shù)進(jìn)步,2020年量產(chǎn)的腳步已越來(lái)越近,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池有望成為光伏行業(yè)的“攪局者”。
十年磨一劍
太陽(yáng)能電池是一種通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)反應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看,太陽(yáng)能電池一般是由很多層材料堆積起來(lái)的,其中起到光吸收作用的層叫做吸收層。太陽(yáng)能電池也按照吸收層的材料特性來(lái)命名,比如晶體硅太陽(yáng)能電池的吸收層就是單晶硅或者多晶硅;薄膜太陽(yáng)能電池的吸收層一般是厚度幾個(gè)微米的薄膜材料;而鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的吸收層就是鈣鈦礦。
1883年,美國(guó)發(fā)明家Charles Fritts成功制造了人類第一塊太陽(yáng)能電池——硒上覆薄金的半導(dǎo)體/金屬結(jié)太陽(yáng)能電池, 其光電轉(zhuǎn)換效率僅約1%。1954年,美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室Pearson、Fuller和Chapin等人研制出了第一塊晶體硅太陽(yáng)能電池,獲得4.5%的轉(zhuǎn)換效率, 開(kāi)啟了利用太陽(yáng)能發(fā)電的新紀(jì)元。
在最近的半個(gè)多世紀(jì)里,太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段:第一代太陽(yáng)能電池主要指單晶硅和多晶硅太陽(yáng)能電池,其在實(shí)驗(yàn)室的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)分別達(dá)到25%和20.4%;第二代太陽(yáng)能電池主要包括非晶硅薄膜電池和多晶硅薄膜電池;第三代太陽(yáng)能電池主要指具有高轉(zhuǎn)換效率的一些新概念電池, 如鈣鈦礦電池、染料敏化電池、量子點(diǎn)電池以及有機(jī)太陽(yáng)能電池等。
其中,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的進(jìn)展最受人關(guān)注。需要解釋的是,鈣鈦礦(Perovskite)材料是以俄國(guó)礦物學(xué)家列維·佩羅夫斯基(Lev Perovski)的名字命名。最早被發(fā)現(xiàn)的鈣鈦礦材料是鈣與鈦的復(fù)合氧化物。后來(lái),鈣鈦礦的概念有了很大的延展,它已經(jīng)不特指鈣鈦復(fù)合氧化物,而用來(lái)泛指一系列具有ABX3化學(xué)式的化合物,在這里,A可以是甲氨基等有機(jī)分子基團(tuán),而B(niǎo)可以是鉛原子(也可以是錫原子),X則一般含有鹵素原子。
在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域,一般使用的是有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合的鈣鈦礦。鈣鈦礦一般是作為太陽(yáng)能電池的吸收層來(lái)使用,在接受太陽(yáng)光的照射以后,鈣鈦礦吸收了光子以后會(huì)產(chǎn)生電子——空穴對(duì)。電子帶負(fù)電,而空穴可以看成是帶正電。當(dāng)陽(yáng)光照射到這些電子——空穴對(duì)上時(shí)就形成了光電流。
最早將鈣鈦礦應(yīng)用到電池上的是日本橫濱大學(xué)教授Akihiro Kojima。2009年,他首次將有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)金屬鹵化物(CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3)制成吸光層用到染料敏化太陽(yáng)能電池,得到3.8%的轉(zhuǎn)換效率,后來(lái)由于液態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)致鈣鈦礦材料很快分解,從而使電池效率很快衰減。但是研究人員很快意識(shí)到鈣鈦礦既善于吸收陽(yáng)光,還能運(yùn)送電荷。
就這樣,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池誕生了。
穩(wěn)定性成瓶頸
經(jīng)過(guò)十年的發(fā)展,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)高達(dá)27%,在太陽(yáng)能電池行業(yè)遙遙領(lǐng)先。
換句話說(shuō),以鈣鈦礦為原料制造的太陽(yáng)能電池可以將大約1/4的太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)化為電能。
從光電轉(zhuǎn)化率提升速度來(lái)看,鈣鈦礦也具有明顯優(yōu)勢(shì)。以目前市場(chǎng)份額最高的多晶硅太陽(yáng)能電池為例。1985年,多晶硅太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化率為15%左右,在2004年達(dá)到20.4%;而后其轉(zhuǎn)化率雖略有提升,但微乎其微。
對(duì)比之下,2009年鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化率為3.8%,如今實(shí)驗(yàn)室小面積器件(面積大小在幾平方毫米)轉(zhuǎn)化率在22%~23%,效率提升速度驚人,目前仍在繼續(xù)提升中。
從全球來(lái)看,英國(guó)牛津光伏公司的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率居于領(lǐng)先地位。其推出的鈣鈦礦疊層電池光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了28%的世界紀(jì)錄,這也超過(guò)了26.7%的單晶硅電池效率紀(jì)錄。同時(shí),牛津光伏公司的鈣鈦礦疊層電池技術(shù)路線圖顯示,其光電轉(zhuǎn)化效率將超過(guò)30%。
需要注意的是,目前,轉(zhuǎn)換效率較高的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的尺寸均為實(shí)驗(yàn)室級(jí)別,但隨著電池尺寸的增加,其光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨之下降。
從成本來(lái)看,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于材料吸光能力強(qiáng)、對(duì)雜質(zhì)不敏感和生產(chǎn)工藝能耗低,其綜合成本大大降低。
研究表明,鈣鈦礦電池對(duì)光的吸收能力是傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池材料的100倍,因此鈣鈦礦電池只需使用1/100的厚度,即可產(chǎn)生相同的能量輸出,相應(yīng)減少了所需材料數(shù)量,而且產(chǎn)生的電壓更高,還能增加能量產(chǎn)出。
同時(shí),鈣鈦礦材料對(duì)雜質(zhì)不敏感,通常90%左右純度的鈣鈦礦材料就可以用于制造效率達(dá)到20%以上的太陽(yáng)能電池。晶硅材料則對(duì)雜質(zhì)非常敏感,純度必須達(dá)到99.9999%以上才能用于制造太陽(yáng)能電池。
由于鈣鈦礦材料可以溶解在普通溶劑之中,鈣鈦礦組件可以通過(guò)溶液涂布工藝生產(chǎn),整個(gè)生產(chǎn)工藝流程溫度不超過(guò)150度。而晶硅材料的鑄錠和提拉都需要在1500度以上高溫,生產(chǎn)能耗差距可想而知。
這種不同材料體系的成本差異具體體現(xiàn)為:晶硅太陽(yáng)能電池每平方米造價(jià)為500~700元,薄膜太陽(yáng)能電池每平方米造價(jià)1300~1400元,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池每平米預(yù)計(jì)成本將低至100元。
盡管具備轉(zhuǎn)化效率高、成本低的優(yōu)點(diǎn),但鈣鈦礦太陽(yáng)能電池也面臨穩(wěn)定性差導(dǎo)致的壽命較短的問(wèn)題,這也是其最致命的弱點(diǎn)。
由于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池對(duì)潮濕環(huán)境敏感,暴露在潮濕空氣中會(huì)很快分解,就連晝夜溫差造成的水蒸氣也可能對(duì)它造成傷害,因此必須對(duì)其進(jìn)行防水封裝。
目前,鈣鈦礦電池已經(jīng)經(jīng)過(guò)了1萬(wàn)小時(shí)的持續(xù)光照實(shí)驗(yàn),按照全天平均日照時(shí)長(zhǎng)4小時(shí)計(jì)算,鈣鈦礦電池理論壽命為6.8年,考慮到實(shí)際日照時(shí)間以及日常損耗,鈣鈦礦電池正常壽命應(yīng)小于6.8年。相比于硅電池的理論壽命25年,還有很大差距。
可喜的是,2016年以來(lái),隨著新型多離子混合型鈣鈦礦材料的應(yīng)用,以及緩沖層材料逐漸無(wú)機(jī)化,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工作壽命正在穩(wěn)步提高,在實(shí)驗(yàn)室中已可實(shí)現(xiàn)連續(xù)1000小時(shí)工作衰減低于5%。
2020年量產(chǎn)可期
目前,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池正處于量產(chǎn)的前夜。
在過(guò)去十年里,全球頂尖科研機(jī)構(gòu)和大型跨國(guó)公司,如英國(guó)牛津大學(xué),瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院,中國(guó)科學(xué)院、南方科大,日本松下、夏普、東芝等都投入了大量人力物力,致力于實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的量產(chǎn)。
纖納光伏聯(lián)合創(chuàng)始人姚冀眾公開(kāi)表示,“鈣鈦礦技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的技術(shù)儲(chǔ)備,自技術(shù)興起以來(lái),得到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界極大的關(guān)注和投入。短短幾年轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性都有了很大提高,已經(jīng)具備了產(chǎn)業(yè)化條件。”
姚冀眾透露,纖納光電正在為接下來(lái)的量產(chǎn)做最后準(zhǔn)備,組建全球首條20兆瓦鈣鈦礦太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線。未來(lái),在15%~16%的光電轉(zhuǎn)化率條件下,纖納光電的鈣鈦礦太陽(yáng)能組件每瓦成本將低于1元。
比纖納光伏更進(jìn)一步,中國(guó)民營(yíng)能源集團(tuán)協(xié)鑫集團(tuán)和英國(guó)牛津光伏公司都提出了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池量產(chǎn)的時(shí)間表。
今年2月,協(xié)鑫集團(tuán)旗下蘇州協(xié)鑫納米科技發(fā)布了其在鈣鈦礦光伏組件技術(shù)方面的突破性進(jìn)展。協(xié)鑫納米已經(jīng)率先建成10兆瓦級(jí)別大面積鈣鈦礦組件中試生產(chǎn)線,完成了相關(guān)材料合成及制造工藝的開(kāi)發(fā),并已開(kāi)始100兆瓦量產(chǎn)生產(chǎn)線的建設(shè)工作,計(jì)劃于2020年實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦光伏組件的商業(yè)化生產(chǎn)。
據(jù)介紹,協(xié)鑫納米10兆瓦中試生產(chǎn)線所制造的鈣鈦礦光伏組件尺寸為45厘米×65厘米,光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到15.3%。這是全世界范圍內(nèi)最大面積的鈣鈦礦光伏組件,也是大面積鈣鈦礦組件效率的最高數(shù)值。
協(xié)鑫納米正在建設(shè)中的100兆瓦量產(chǎn)生產(chǎn)線,將把組件面積擴(kuò)大至1米×2米,組件光電轉(zhuǎn)化效率將提高至18%以上。在現(xiàn)有的工藝條件下,100兆瓦量產(chǎn)線的鈣鈦礦光伏組件的成本預(yù)計(jì)將低于1元/瓦,量產(chǎn)組件的工作壽命將達(dá)到25年以上。當(dāng)產(chǎn)能擴(kuò)大到1吉瓦以上時(shí),鈣鈦礦組件的制造成本還將進(jìn)一步下降到每瓦0.7元左右。
在國(guó)外,今年3月,牛津光伏從其最大股東梅耶博格技術(shù)公司購(gòu)買了一條200 兆瓦異質(zhì)結(jié)生產(chǎn)線用于鈣鈦礦電池試生產(chǎn),此生產(chǎn)線將于2020年底在牛津光伏哈弗爾河畔勃蘭登堡的工廠中試運(yùn)行。牛津光伏將這一生產(chǎn)線電池轉(zhuǎn)換率的初始目標(biāo)定為27%。
人們有理由相信,2020年或?qū)⒊蔀槿祟?a href="http://kuainv.com.cn/news/search.php?kw=%B9%E2%B7%FC%B7%A2%B5%E7" target="_blank">光伏發(fā)電歷史上的拐點(diǎn)。
3月15日,中國(guó)第一大風(fēng)機(jī)制造商金風(fēng)科技(11.960, -0.18, -1.48%)宣布,以戰(zhàn)略投資者身份領(lǐng)投英國(guó)鈣鈦礦太陽(yáng)能發(fā)電公司牛津光伏有限公司(Oxford PVTM)D輪融資,投資金額2100萬(wàn)英鎊。
4月26日,長(zhǎng)江三峽集團(tuán)旗下三峽資本聯(lián)合中國(guó)三峽新能源與杭州纖納光電科技有限公司(簡(jiǎn)稱纖納光電)宣布,三峽資本以戰(zhàn)略投資者身份注資纖納光電,投資金額5000萬(wàn)人民幣。這家成立不足4年的公司,目前是全球鈣鈦礦太陽(yáng)能組件光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄的保持者。
所謂鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(perovskite solar cells),是利用鈣鈦礦的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽(yáng)能電池,屬于第三代新概念太陽(yáng)能電池之一,具有光電轉(zhuǎn)換效率特別高、成本低的特點(diǎn),目前實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換率水平最高接近30%,是目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率最高的太陽(yáng)能電池。
不過(guò),從全球來(lái)看,雖然鈣鈦礦太陽(yáng)能電池尚處實(shí)驗(yàn)室階段,并未實(shí)現(xiàn)真正的量產(chǎn),但隨著技術(shù)進(jìn)步,2020年量產(chǎn)的腳步已越來(lái)越近,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池有望成為光伏行業(yè)的“攪局者”。
十年磨一劍
太陽(yáng)能電池是一種通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)反應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看,太陽(yáng)能電池一般是由很多層材料堆積起來(lái)的,其中起到光吸收作用的層叫做吸收層。太陽(yáng)能電池也按照吸收層的材料特性來(lái)命名,比如晶體硅太陽(yáng)能電池的吸收層就是單晶硅或者多晶硅;薄膜太陽(yáng)能電池的吸收層一般是厚度幾個(gè)微米的薄膜材料;而鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的吸收層就是鈣鈦礦。
1883年,美國(guó)發(fā)明家Charles Fritts成功制造了人類第一塊太陽(yáng)能電池——硒上覆薄金的半導(dǎo)體/金屬結(jié)太陽(yáng)能電池, 其光電轉(zhuǎn)換效率僅約1%。1954年,美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室Pearson、Fuller和Chapin等人研制出了第一塊晶體硅太陽(yáng)能電池,獲得4.5%的轉(zhuǎn)換效率, 開(kāi)啟了利用太陽(yáng)能發(fā)電的新紀(jì)元。
在最近的半個(gè)多世紀(jì)里,太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段:第一代太陽(yáng)能電池主要指單晶硅和多晶硅太陽(yáng)能電池,其在實(shí)驗(yàn)室的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)分別達(dá)到25%和20.4%;第二代太陽(yáng)能電池主要包括非晶硅薄膜電池和多晶硅薄膜電池;第三代太陽(yáng)能電池主要指具有高轉(zhuǎn)換效率的一些新概念電池, 如鈣鈦礦電池、染料敏化電池、量子點(diǎn)電池以及有機(jī)太陽(yáng)能電池等。
其中,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的進(jìn)展最受人關(guān)注。需要解釋的是,鈣鈦礦(Perovskite)材料是以俄國(guó)礦物學(xué)家列維·佩羅夫斯基(Lev Perovski)的名字命名。最早被發(fā)現(xiàn)的鈣鈦礦材料是鈣與鈦的復(fù)合氧化物。后來(lái),鈣鈦礦的概念有了很大的延展,它已經(jīng)不特指鈣鈦復(fù)合氧化物,而用來(lái)泛指一系列具有ABX3化學(xué)式的化合物,在這里,A可以是甲氨基等有機(jī)分子基團(tuán),而B(niǎo)可以是鉛原子(也可以是錫原子),X則一般含有鹵素原子。
在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域,一般使用的是有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合的鈣鈦礦。鈣鈦礦一般是作為太陽(yáng)能電池的吸收層來(lái)使用,在接受太陽(yáng)光的照射以后,鈣鈦礦吸收了光子以后會(huì)產(chǎn)生電子——空穴對(duì)。電子帶負(fù)電,而空穴可以看成是帶正電。當(dāng)陽(yáng)光照射到這些電子——空穴對(duì)上時(shí)就形成了光電流。
最早將鈣鈦礦應(yīng)用到電池上的是日本橫濱大學(xué)教授Akihiro Kojima。2009年,他首次將有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)金屬鹵化物(CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3)制成吸光層用到染料敏化太陽(yáng)能電池,得到3.8%的轉(zhuǎn)換效率,后來(lái)由于液態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)致鈣鈦礦材料很快分解,從而使電池效率很快衰減。但是研究人員很快意識(shí)到鈣鈦礦既善于吸收陽(yáng)光,還能運(yùn)送電荷。
就這樣,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池誕生了。
穩(wěn)定性成瓶頸
經(jīng)過(guò)十年的發(fā)展,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)高達(dá)27%,在太陽(yáng)能電池行業(yè)遙遙領(lǐng)先。
換句話說(shuō),以鈣鈦礦為原料制造的太陽(yáng)能電池可以將大約1/4的太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)化為電能。
從光電轉(zhuǎn)化率提升速度來(lái)看,鈣鈦礦也具有明顯優(yōu)勢(shì)。以目前市場(chǎng)份額最高的多晶硅太陽(yáng)能電池為例。1985年,多晶硅太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化率為15%左右,在2004年達(dá)到20.4%;而后其轉(zhuǎn)化率雖略有提升,但微乎其微。
對(duì)比之下,2009年鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化率為3.8%,如今實(shí)驗(yàn)室小面積器件(面積大小在幾平方毫米)轉(zhuǎn)化率在22%~23%,效率提升速度驚人,目前仍在繼續(xù)提升中。
從全球來(lái)看,英國(guó)牛津光伏公司的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率居于領(lǐng)先地位。其推出的鈣鈦礦疊層電池光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了28%的世界紀(jì)錄,這也超過(guò)了26.7%的單晶硅電池效率紀(jì)錄。同時(shí),牛津光伏公司的鈣鈦礦疊層電池技術(shù)路線圖顯示,其光電轉(zhuǎn)化效率將超過(guò)30%。
需要注意的是,目前,轉(zhuǎn)換效率較高的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的尺寸均為實(shí)驗(yàn)室級(jí)別,但隨著電池尺寸的增加,其光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨之下降。
從成本來(lái)看,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于材料吸光能力強(qiáng)、對(duì)雜質(zhì)不敏感和生產(chǎn)工藝能耗低,其綜合成本大大降低。
研究表明,鈣鈦礦電池對(duì)光的吸收能力是傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池材料的100倍,因此鈣鈦礦電池只需使用1/100的厚度,即可產(chǎn)生相同的能量輸出,相應(yīng)減少了所需材料數(shù)量,而且產(chǎn)生的電壓更高,還能增加能量產(chǎn)出。
同時(shí),鈣鈦礦材料對(duì)雜質(zhì)不敏感,通常90%左右純度的鈣鈦礦材料就可以用于制造效率達(dá)到20%以上的太陽(yáng)能電池。晶硅材料則對(duì)雜質(zhì)非常敏感,純度必須達(dá)到99.9999%以上才能用于制造太陽(yáng)能電池。
由于鈣鈦礦材料可以溶解在普通溶劑之中,鈣鈦礦組件可以通過(guò)溶液涂布工藝生產(chǎn),整個(gè)生產(chǎn)工藝流程溫度不超過(guò)150度。而晶硅材料的鑄錠和提拉都需要在1500度以上高溫,生產(chǎn)能耗差距可想而知。
這種不同材料體系的成本差異具體體現(xiàn)為:晶硅太陽(yáng)能電池每平方米造價(jià)為500~700元,薄膜太陽(yáng)能電池每平方米造價(jià)1300~1400元,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池每平米預(yù)計(jì)成本將低至100元。
盡管具備轉(zhuǎn)化效率高、成本低的優(yōu)點(diǎn),但鈣鈦礦太陽(yáng)能電池也面臨穩(wěn)定性差導(dǎo)致的壽命較短的問(wèn)題,這也是其最致命的弱點(diǎn)。
由于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池對(duì)潮濕環(huán)境敏感,暴露在潮濕空氣中會(huì)很快分解,就連晝夜溫差造成的水蒸氣也可能對(duì)它造成傷害,因此必須對(duì)其進(jìn)行防水封裝。
目前,鈣鈦礦電池已經(jīng)經(jīng)過(guò)了1萬(wàn)小時(shí)的持續(xù)光照實(shí)驗(yàn),按照全天平均日照時(shí)長(zhǎng)4小時(shí)計(jì)算,鈣鈦礦電池理論壽命為6.8年,考慮到實(shí)際日照時(shí)間以及日常損耗,鈣鈦礦電池正常壽命應(yīng)小于6.8年。相比于硅電池的理論壽命25年,還有很大差距。
可喜的是,2016年以來(lái),隨著新型多離子混合型鈣鈦礦材料的應(yīng)用,以及緩沖層材料逐漸無(wú)機(jī)化,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工作壽命正在穩(wěn)步提高,在實(shí)驗(yàn)室中已可實(shí)現(xiàn)連續(xù)1000小時(shí)工作衰減低于5%。
2020年量產(chǎn)可期
目前,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池正處于量產(chǎn)的前夜。
在過(guò)去十年里,全球頂尖科研機(jī)構(gòu)和大型跨國(guó)公司,如英國(guó)牛津大學(xué),瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院,中國(guó)科學(xué)院、南方科大,日本松下、夏普、東芝等都投入了大量人力物力,致力于實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的量產(chǎn)。
纖納光伏聯(lián)合創(chuàng)始人姚冀眾公開(kāi)表示,“鈣鈦礦技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的技術(shù)儲(chǔ)備,自技術(shù)興起以來(lái),得到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界極大的關(guān)注和投入。短短幾年轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性都有了很大提高,已經(jīng)具備了產(chǎn)業(yè)化條件。”
姚冀眾透露,纖納光電正在為接下來(lái)的量產(chǎn)做最后準(zhǔn)備,組建全球首條20兆瓦鈣鈦礦太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線。未來(lái),在15%~16%的光電轉(zhuǎn)化率條件下,纖納光電的鈣鈦礦太陽(yáng)能組件每瓦成本將低于1元。
比纖納光伏更進(jìn)一步,中國(guó)民營(yíng)能源集團(tuán)協(xié)鑫集團(tuán)和英國(guó)牛津光伏公司都提出了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池量產(chǎn)的時(shí)間表。
今年2月,協(xié)鑫集團(tuán)旗下蘇州協(xié)鑫納米科技發(fā)布了其在鈣鈦礦光伏組件技術(shù)方面的突破性進(jìn)展。協(xié)鑫納米已經(jīng)率先建成10兆瓦級(jí)別大面積鈣鈦礦組件中試生產(chǎn)線,完成了相關(guān)材料合成及制造工藝的開(kāi)發(fā),并已開(kāi)始100兆瓦量產(chǎn)生產(chǎn)線的建設(shè)工作,計(jì)劃于2020年實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦光伏組件的商業(yè)化生產(chǎn)。
據(jù)介紹,協(xié)鑫納米10兆瓦中試生產(chǎn)線所制造的鈣鈦礦光伏組件尺寸為45厘米×65厘米,光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到15.3%。這是全世界范圍內(nèi)最大面積的鈣鈦礦光伏組件,也是大面積鈣鈦礦組件效率的最高數(shù)值。
協(xié)鑫納米正在建設(shè)中的100兆瓦量產(chǎn)生產(chǎn)線,將把組件面積擴(kuò)大至1米×2米,組件光電轉(zhuǎn)化效率將提高至18%以上。在現(xiàn)有的工藝條件下,100兆瓦量產(chǎn)線的鈣鈦礦光伏組件的成本預(yù)計(jì)將低于1元/瓦,量產(chǎn)組件的工作壽命將達(dá)到25年以上。當(dāng)產(chǎn)能擴(kuò)大到1吉瓦以上時(shí),鈣鈦礦組件的制造成本還將進(jìn)一步下降到每瓦0.7元左右。
在國(guó)外,今年3月,牛津光伏從其最大股東梅耶博格技術(shù)公司購(gòu)買了一條200 兆瓦異質(zhì)結(jié)生產(chǎn)線用于鈣鈦礦電池試生產(chǎn),此生產(chǎn)線將于2020年底在牛津光伏哈弗爾河畔勃蘭登堡的工廠中試運(yùn)行。牛津光伏將這一生產(chǎn)線電池轉(zhuǎn)換率的初始目標(biāo)定為27%。
人們有理由相信,2020年或?qū)⒊蔀槿祟?a href="http://kuainv.com.cn/news/search.php?kw=%B9%E2%B7%FC%B7%A2%B5%E7" target="_blank">光伏發(fā)電歷史上的拐點(diǎn)。
原標(biāo)題:鈣鈦礦電池:“攪局者”將至