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钙钛矿!掀起第三代太阳能电池浪潮

   2022-08-15 gherer32310
核心提示:根据国际能源署数据,2020年全球新增光伏发电装机达到139GW,累计装机达到760GW,光伏发电占全球总发电量的3.7%。其中,中国新增装机48GW,累计装机253GW,是全球最大的光伏发电应用市场。在制造端,中国的多晶硅料、硅片、电池片和组件产量均连续多年稳居全
根据国际能源署数据,2020年全球新增光伏发电装机达到139GW,累计装机达到760GW,光伏发电占全球总发电量的3.7%。其中,中国新增装机48GW,累计装机253GW,是全球最大的光伏发电应用市场。
在制造端,中国的多晶硅料、硅片、电池片和组件产量均连续多年稳居全球首位。预计到2050年,全球光伏累计装机将超过12000GW,发电总量占比将超过25%。

光伏组件是光伏发电系统的核心部件,能够将太阳能直接转化为电能。能量转换效率是光伏组件的核心技术参数,更高的转换效率是光伏技术研究和产业发展不断追求的目标,是光伏发电成本持续下降的源动力。

随着TOPCon、HJT、IBC等技术逐步成熟,逼近其光电转换效率理论极限,业界开始寻找新一代太阳能技术。

/01/  钙钛矿简介

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells)实验室光电转换效率迅猛增长,叠层电池的实验转换效率已经超越硅基太阳能技术。
钙钛矿材料在太阳能电池方面的应用,不仅转换效率有明显优势,制作工艺也相对简单。因此,更便宜、更容易制造的钙钛矿太阳能电池,很有可能改变整个太阳能电池的格局,在太阳能发电方面的应用具有广阔的前景。
钙钛矿电池命名取自俄罗斯矿物学家Perovski的名字,结构为ABX3以及与之类似的晶体统称为钙钛矿物质。
据公开报道,此前,中科院半导体所科研团队通过引入少量氯化铷,同时实现了钙钛矿太阳能电池的高光电转换效率和高稳定性,研制出的单结钙钛矿太阳能电池达到目前公开发表的世界最高效率
专业机构协鑫纳米测算,钙钛矿太阳能电池作为第三代太阳能电池,具有以下特点:
  • 高效率:单结钙钛矿电池理论最高转换效率达31%,多结理论效率超过50%,远高于晶硅的29.4%;

  • 低成本:钙钛矿电池相比晶硅产业链大幅简化,生产钙钛矿组件单瓦能耗只有晶硅组件的1/10,成熟期的钙钛矿电池单位产能投资额为晶硅电池的一半,综合成本看,钙钛矿组件单瓦总成本约为5-6毛,是晶硅极限成本的50%。

此外,金晶科技也曾对钙钛矿电池热点有过表态。金晶科技公告称,经自查,公司TCO导电膜玻璃定位于碲化镉、钙钛矿电池等行业上游,公司TCO导电膜玻璃已经成功下线,并且与国内部分碲化镉、钙钛矿电池企业建立业务关系,得到认可开始供货。

/02/  公司动态

据悉,8月2日当天大盘低迷,金晶科技成为了为数不多的涨停股,自7月28日起的四个交易日内累计涨幅达46%。此外,捷佳伟创、京山轻机、聆达股份、帝尔激光等个股涨幅居前,整个钙钛矿电池板块近一个月涨幅约20%。
在概念引爆的同时,多家相关公司也针对此进行了回应。
  • 爱康科技:公司高度重视钙钛矿电池的市场前景,已经涉足钙钛矿材料与HJT叠层电池技术的研发。

  • 拓日新能:钙钛矿项目属于公司的研发重点之一,公司钙钛矿项目设备以自研改造为主,也会视实际需要进行部分设备采购。

  • 杭萧钢构:“合特光电要在不晚于2023年5月10日实现高转化效率钙钛矿/晶硅薄膜叠层电池100兆瓦中试线投产,且电池转化效率达到28%以上”。

  • 京山轻机:公司已有部分钙钛矿电池设备出货,并在积极布局其他钙钛矿电池设备上进行了相应的技术储备。目前公司已与行业多家钙钛矿电池企业进行了业务联系和合作,并有产品应用于多个客户端。

此外,锂电龙头宁德时代也开启了跨界布局。于5月宣称,公司钙钛矿光伏电池研究进展顺利,正在搭建中试线。
钙钛矿领域主要玩家及进展:

/03/  专家观点
各界对钙钛矿电池当前的应用看法不一。
业内人士指出,目前,钙钛矿材料作为太阳能电池潜力材料,还面临一些挑战。大规模制备钙钛矿层技术不成熟。钙钛矿材料的稳定性不足。硅基太阳能电池寿命可达到20年以上,但目前钙钛矿电池有效寿命还不够长。
中信证券表示,短期内钙钛矿电池受稳定性差、大面积组件效率低等问题制约。但长期来看,钙钛矿电池有望引领新的技术变革,TCO玻璃市场有望加速扩容,国产替代市场空间广阔,有望成为传统玻璃企业新的增长点。
综上所述,钙钛矿电池材料成本低,结构简单,制造工艺流程短,生产能耗低。
随着学术界不断刷新钙钛矿电池光电转换效率,初创企业如雨后春笋,传统巨头也准备加深护城河,钙钛矿电池已经来到商业化的前夜。
有行业专家认为,钙钛矿未来发展的关键点在于:
  • 提升叠层电池器件中钙钛矿顶电池的稳定性和大面积制备成为了技术开发的关键所在,也是叠层电池迈向产业化的基础;

  • 钙钛矿光电器件装备的研发,激光、蒸镀、磁控和SALD设备和配套工艺方面的积累;

  • 钙钛矿技术产业化发展,需要材料、设备及镀膜等合作开发新型的镀膜材料及相关镀膜设备,来适应新产品的需求,这是一个漫长且艰辛的过程;

  • 传统钙钛矿吸光材料在长期光照加热条件下结构极易被破坏,导致电池性能迅速衰减,稳定性是个世界难题,这一点纤纳光电近期有所突破,但仍需很长的路要走。

 
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