巴西科学家开发新型材料提高钙钛矿太阳能电池效率至22%【附钙钛矿电池技术赛道观察图谱】

发布时间: 2024-06-30 12:34:35 发布者:企业新闻

  钙钛矿太阳能电池是一种新型的太阳能电池技术,具有高效率和低成本的特点,因此非常关注。钙钛矿太阳能电池的研发和生产受到了全世界内的关注,其性能的提升对太阳能行业的未来发展具备极其重大意义。

  近日,巴西研究人员开发了一种通过将 MXene 纳入电池结构来提高钙钛矿太阳能电池效率和耐用性的方法。目前,这项研究成果发表在《材料化学杂志 C》上,有望显着改进太阳能电池技术,对工业生产和可持续发展工作具有潜在影响。

  该研究由巴西巴乌鲁圣保罗州立大学(UNESP)的研究人员开发,他们使用了一种被称为MXenes的二维材料。MXenes是一种具有类似石墨烯结构的材料,由过渡金属、碳和/或氮以及表面官能团组成。这些材料具备高导电性、良好的耐热性和高透射率的特性,这使它们成为提高太阳能电池性能的理想选择。

  在研究中,研究人员将MXene Ti3C2Tx添加到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中,形成了一种钝化涂层,然后将其旋涂在倒置太阳能电池的钙钛矿层顶部。这种钝化涂层的作用是减轻多晶固体(在本例中为钙钛矿)的缺陷,来提升电池的性能和稳定能力。实验结果为,这种新的涂层策略将电池的功率转换效率从19%提高到了22%,并且延长了电池的维持的时间,没再次出现性能损害。

  钙钛矿电池属于第三代新型太阳能电池,产品结构原理和硅基电池差异较大,需全新的工艺流程和产线设备,因此产业链环节差异较大。

  钙钛矿电池产业链上游包括TCO玻璃、靶材、POE胶膜、丁基胶等辅材以及镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备等设备,其中以镀膜设备(PVD、RPD)、涂布机、激光设备为核心;中游为钙钛矿电池及组件制造;下游为钙钛矿电池应用,包括BIPV(光伏建筑一体化)、车载光伏、室内光伏等。

  巴西研究人员开发了一种通过将 MXene 纳入电池结构来提高钙钛矿太阳能电池效率和耐用性的方法,使钙钛矿太阳能电池效率提高到 22%,该技术处于钙钛矿电池产业链中游环节。

  从企业入场进程来看,天合光能、隆基绿能、晶澳科技等上市企业均较早入局电池行业;纤纳光电、万度光能、曜能科技、大正微纳、协鑫光电等非上市企业集中于2015年之后入场,专注钙钛矿电池研发;仁烁光能最晚入场,于2021年成立,为行业内唯一一家全钙钛矿叠层电池企业。

  钙钛矿电池组件生产共需要镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备四种设备,其中,镀膜设备供应商包括捷佳伟创、京山轻机、微导纳米、众能光电、理想晶延、红太阳、奥来德等;涂布设备供应商包括德沪涂膜、曼恩斯特;激光设备供应商包括大族激光、帝尔激光、德龙激光、迈为股份、杰普特等;封装设备供应商主要有弗斯迈。钙钛矿组件生产中材料、工艺、设备互相配合铸就钙钛矿企业的核心竞争力。

  钙钛矿设备端发展较快,各工艺环节均有国内本土公司布局,且领先企业已拥有整线设备的生产能力。目前捷佳伟创与众能光电具备整线设备的生产能力,捷佳伟创设备种类涵盖RPD、PVD、PAR、CVD、蒸发镀膜及精密狭缝涂布、晶硅叠层印刷等;众能光电已与国内大型央国企、非公有制企业和知名高校科研机构累计完成近200个单体工艺设备交付,产品有涂布机、刮涂机、激光刻蚀机、PVD和ALD等。

  从技术路线来看,钙钛矿电池主要有单结钙钛矿电池和叠层钙钛矿电池。如果一个钙钛矿电池只有钙钛矿本身的“三明治”结构,那么就是单结钙钛矿电池。所谓叠层钙钛矿电池,是指钙钛矿层可以堆叠在彼此之上,也可以堆叠在传统晶硅太阳能电池之上,形成能够吸收更宽太阳光谱的“串联”电池。按照不一样的材料的堆叠,叠层钙钛矿电池的技术路线有晶硅/钙钛矿叠层电池、全钙钛矿叠层电池、薄膜电池(如铜铟镓硒)/钙钛矿叠层电池等。

  钙钛矿电池拥有更高的理论转换效率,未来发展空间更大。追求持续的降本增效一直是光伏行业发展的主旋律,目前晶硅电池越来越接近29.4%的理论极限,发展的潜在能力有限;而钙钛矿电池拥有更高的31%理论转换效率上限,且可与其他电池进行双结、三结叠层,分别达到35%和45%的转换效率。

  根据前瞻产业热力图显示,目前钙钛矿电池关键技术强相关的城市集群大多分布在在华东地区,尤其是扬州市成为重点发展区域。这些城市群已投入大量政策、资金、环境和人才资源用于钙钛矿电池研发,成为潜在的钙钛矿电池技术发展中心。根据热力图的分布华东地区有极大的可能性成为钙钛矿电池技术的先导区域。着重关注江苏省扬州市高邮市、江苏省常州市天宁区、江苏省常州市钟楼区等地的相关企业,以及这一些地方对钙钛矿电池产业高质量发展的投资环境和潜力市场。

  更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国钙钛矿电池(PSCs)产业高质量发展前景预测与投资战略规划分析报告》

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