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            下一代光伏電池明星鈣鈦礦是什么

            楊漾 來源:澎湃新聞 編輯:jianping 光伏電池鈣鈦礦

            昆山協鑫光電材料有限公司(下稱協鑫光電)5月13日宣布完成數億元人民幣B輪融資,由國內某知名機構領投,光源資本擔任財務顧問。此次融資將用于進一步完善公司100MW鈣鈦礦生產線和工藝。

            鈣鈦礦是光伏發電領域的前沿明星技術。較為普遍的業內觀點認為,當前主流PERC技術之后的未來屬于異質結或者TOPCon,而異質結和TOPCon之后的未來,屬于鈣鈦礦。

            近年來,包括協鑫光電在內的中國本土企業在鈣鈦礦技術開發和產業化領域領跑全球同行。鈣鈦礦領域的相關企業與研發團隊也獲得了資本與龍頭企業的青睞。

            據澎湃新聞了解,在學界和產業界共同努力下,鈣鈦礦太陽能電池當前在穩定性、效率等方面已獲得與晶硅電池同等或更佳的效果。協鑫光電作為目前最大尺寸鈣鈦礦電池記錄的保持者,正致力于開發1m×2m大尺寸鈣鈦礦組件,在度電成本比晶硅更低的情況下,開啟鈣鈦礦電池的商業化量產。

            鈣鈦礦量產電池實際效能將超過晶硅

            隨著全球能源轉型加速推進,以風光為主的可再生能源發電成本持續下降。

            據《中國光伏產業發展路線圖(2021)》,晶硅太陽能電池中轉換效率最高的 p 型單晶電池已將效率提升至23.2%,對應組件效率約在20%區間。同時,光伏已實現度電成本趨近或低于火電(2021年光伏最低中標價低至0.1476元/kWh,火電價格因燃料價格波動從0.1-0.4元/kWh不等,基于20年長期煤價平均為0.189元/kWh)。

            鈣鈦礦電池因其轉化效率上限更高,度電成本更低,成為目前公認的下一代光伏電池技術。在國家能源局、科技部聯合印發的《“十四五”能源領域科技創新規劃》中,高效鈣鈦礦電池制備與產業化生產技術、高效低成本光伏電池技術均被列為先進可再生能源發電及綜合利用技術的重點任務。1m×2m鈣鈦礦組件

            1m×2m鈣鈦礦組件

            據介紹,在鈣鈦礦電池領域,協鑫光電于2019年完成了尺寸為45cm×65cm的鈣鈦礦組件效率認證,經全球最權威的光伏組件商業認證機構TüV Rheinland認證,效率達15.31%(現已經提升至17%),是目前為止全球面積最大、組件效率認證最高的鈣鈦礦組件。協鑫光電也成為全球唯一一家取得鈣鈦礦組件實用化產品商業認證的企業。

            目前協鑫光電生產的尺寸為1m×2m的全球最大尺寸鈣鈦礦組件已經下線,投建的全球首條100MW量產線已在昆山完成廠房和主要硬件建設,計劃2022年投入量產。預計在工藝和產能穩定后,量產組件產品光電轉化效率將超過18%?紤]到晶硅電池工作溫度每上升1度,效率將下降0.3%,鈣鈦礦電池則保持不變,該組件產品已經與主流PERC組件效率相差不大,加之更好的弱光效應,可實現更好的實際發電量,成本有望降低到晶硅產品的70%。

            未來,鈣鈦礦組件的效率預計將進一步提升至25%以上。協鑫光電認為,鈣鈦礦組件在發電量和度電成本上將超過當前主流的晶硅組件,下一代光伏電池已達到大規模量產和應用的臨界點。

            從理論效率上看,新式鈣鈦光伏電池的單層理論效率可達33%;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43%,鈣鈦礦三節層電池理論效率可達50%以上。其亦認為,光電轉換效率高,制作工藝簡單,生產成本和材料成本低,是鈣鈦礦電池的顯著優勢。

            鈣鈦礦“可升級”

            鈣鈦礦作為有機光伏電池第一次出現是在2009年,由于鈣鈦礦在配方上的“可升級”特點,鈣鈦礦技術的迭代速度遠超以往的光伏電池技術。

            數據顯示,從13%到26%的光電轉換效率(實驗室),晶硅電池用了超過40年,而鈣鈦礦只用了10年。此外,鈣鈦礦早期出現過的穩定性等問題也已經被學界和產業界解決。

            2019年,上海交通大學學者在《Science》上刊文稱,其已經設計出60攝氏度條件下連續工作1000小時,仍保持90%初始效率的鈣鈦礦電池,2021年學界進一步將這一指標推升至2000小時。

            在產業界,鈣鈦礦產品已經能通過基于晶硅標準的穩定性測試。以協鑫光電的100MW量產線為例,預計下線產品的使用壽命將超過25年。北京冬奧會期間運行的全球首個鈣鈦礦光伏建筑項目,坐落于張家口,外墻采用協鑫光電1m×2m大尺寸鈣鈦礦組件搭建。

            北京冬奧會期間運行的全球首個鈣鈦礦光伏建筑項目,坐落于張家口,外墻采用協鑫光電1m×2m大尺寸鈣鈦礦組件搭建。

            協鑫光電創始人、CEO范斌表示,鈣鈦礦技術一方面有更高的效率天花板,一方面因為低溫、溶液加工的工藝,在成本、尺寸極限上都有優勢;同時鈣鈦礦技術最大的特點是可以不斷實現升級,比如通過配方優化、封裝工藝提升,目前產業界已經將鈣鈦礦電池穩定性提升到晶硅同等水平。

            在大尺寸方面,目前協鑫光電仍然是這一領域的紀錄保持者。范斌說,大尺寸鈣鈦礦電池一個系統工程,需解決大面積鍍膜、大面積激光刻畫、封裝等問題,也需要重新設計和制造對應的設備、篩選和開發材料并不斷測試,這是在時間和路徑上都無法跳過的技術壁壘。
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