钙钛矿太阳能电池技术

发布日期:2023-02-20 浏览量:1

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【技术领域】

 光电信息

【成果介绍】

钙钛矿太阳能电池是2009年诞生的新型光伏技术,短短10来年时间,其光电转换效率提升十分迅猛,几乎追平了商业化发展多年的多晶硅、CIGS、CdTe等太阳能电池。并且,钙钛矿太阳能电池不包含稀缺元素,材料和工艺成本低廉,量产后组件成本有望达到晶硅太阳能电池的50%-70%。目前,国内外均投入了大量研发资金,头部企业预期在2年内实现第一代钙钛矿光伏产品的量产。推动廉价、高效的钙钛矿太阳能电池产业化,对于获得廉价的可再生能源,具有重要的现实意义。

太阳能电池的用途方向主要包括:消费电子、移动电源、分布式光伏发电、地面电站等领域。钙钛矿太阳能电池作为新型光伏技术,需要在“效率-成本-寿命”三个方面与市场化成熟的晶硅太阳能电池或者CdTe薄膜太阳能电池获得比较优势,才有可能实现规模化应用。钙钛矿太阳能电池目前有很多技术分支,其中,本成果采用基于稳定Bi基金属电极的反式平面结构,在兼顾实现“效率-成本-寿命”产业化三要素方面具有独特优势。


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钙钛矿太阳能组件产品


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反式结构电池和组件效率认证报告


【技术优势】

(1)采用反式结构NiMgLiO-C60界面材料体系的稳定性超过目前正式结构高效电池的SnO2-SpiroOMeTAD界面材料体系,且不容易被突破。因此,本成果产品寿命更长,在常规使用条件下,目前的预期寿命达到10年以上,且有望通过进一步改进获得更长的使用寿命。

(2)采用Bi基金属电极,具有独特的抗钙钛矿卤素腐蚀的能力,且Bi基电极导电性好、容易制备、成本低廉。此外,Bi金属为中国优势矿产资源,储量和产能占全球70%以上。因此,本成果产品效率高、寿命长、且成本更低。与某企业采用ITO顶电极的组件技术路线相比,本成果效率高2-3%,成本低20-30%。

(3)开发基于低挥发强配位剂的钙钛矿溶液配方,实现狭缝涂布制备>200cm2大面积高质量FACs基钙钛矿薄膜,确保了大规模制备高效钙钛矿模组的工艺可行性。且FACs基钙钛矿薄膜的稳定性更高,大面积可控制备难度较大,本项目工艺方法相比其他竞争对手具有鲜明特色和技术先进性。

(4)采用无损伤、高耐候的复合封装工艺,在不损伤钙钛矿太阳能电池效率的基础上,实现器件的长期稳定性。钙钛矿活性材料比较脆弱,简单的热压封装容易导致器件效率损失,且不少封装材料容易与钙钛矿活性材料反应,影响器件的使用寿命,我们的工艺路线具有鲜明特色和技术先进性。

【技术指标】

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【应用场景】

钙钛矿太阳能电池在多种场合都能取得很好的应用,目前在消费电子和移动电源方面对比其他光伏技术优势十分明显,目前已完全具备大量应用可行性。对于分布式和地面电站应用,随着稳定性的逐步提高和量产后成本的大幅度下降,有望在5年左右形成成熟的产品,从而与主流的晶硅电池形成有效竞争。


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【市场前景】

目前的技术指标已完全满足消费电子和移动电源的使用需求。仅电子标签电源一项,按照全国目前规模以上超市2.6万家,10%使用电子标签,每家使用1000个电子标签,则对于电池片的总需求将达到2600000片,按照20元每片的价格,销售额轻松可达千万元。消费电子端的目标是取代所有纽扣电池,而纽扣电池目前的全球市场规模为200亿元。且消费电子端对于价格不像地面电站那么敏感,一个数cm2的小电池片的利润有可能跟地面电站1m2组件的利润相当。

【知识产权】

 该成果已申请中国发明专利23项、PCT国际专利2项,已获授权中国发明专利10项,以下为部分展示:

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