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钙钛矿电池:​钙钛矿电池因电池的光电转换层采用钙钛矿结构材料而得名,其中钙钛矿层发挥核心作用。

钙钛矿电池

时间:2023-12-28 热度:38 题材:377
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​钙钛矿电池因电池的光电转换层采用钙钛矿结构材料而得名,其中钙钛矿层发挥核心作用。

题材相关消息:

1、12月14日,协鑫光电宣布369mm×555mm钙钛矿叠层组件光电转换效率达到26.34%。

2、12月9日,蓝箭航天朱雀二号遥三运载火箭,将携带协鑫钙钛矿的组件发射到太空,真的“上了天”。

3、11月23日,协鑫光电刚产出“全球第一块真正意义上的钙钛矿叠层组件”——在279mm×370mm面积的同类型组件效率达到26.17%。

题材基本面:

钙钛矿电池因电池的光电转换层采用钙钛矿结构材料而得名,其中钙钛矿层发挥核心作用。

以平面正向电池为例,太阳光透过透明电极和紧邻的 ETL 层(图中为 TiO2)打在钙钛矿层(MAPbI3)上,并在钙钛矿层上发生光子到激子的转换,光生激子快速弛豫、分离成为自由的电荷与空穴。因钙钛矿层与 ETL材料和 HTL 材料存在能级差,分离的自由电荷和空穴分别通过相应的载流子传输层后外部电极收集形成稳定电流。

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钙钛矿电池优势:

1.相比晶硅,钙钛矿材料具有可设计性。

材料可以不断迭代是钙钛矿最大的优势。钙钛矿用了大概10年左右的时间,将转换效率从最初的3.8%提升至目前超过29%的实验室效率记录(21年底),赶上了过去晶硅四五十年的发展,这在光伏技术发展史上,从未有过。支持这种快速进步的,正是钙钛矿材料和结构的不断改善。

2.光电转换效率极限值高。

目前晶硅组件不同技术的理论极限分别为:

(1)晶体硅太阳能电池理论极限效率:29.43%;

(2)普通单晶硅电池理想条件下最高效率为:24.5%;

(3)TOPCon电池理想条件下最高效率为:27.5%;

(4)HJT电池具有更加高的效率上限:28.2%-28.7%

钙钛矿是直接带隙材料,吸光能力远高于晶硅材料。新式钙钛矿光伏电池的单层理论效率可达31%,钙钛矿双结叠层电池转换效率可达35%,钙钛矿三结叠层电池理论效率可达45%以上。而如果掺杂新型材料,钙钛矿电池的转换效率最高能达到惊人的50%,是目前晶硅电池的2倍左右。

3.从生产端,钙钛矿电池的重要优势——显著缩短产业链。

根据协鑫光电透露:100兆瓦的单一钙钛矿电池工厂,从玻璃、胶膜、靶材、化工原料进入,到组件成型,总共只需45分钟。而对于晶硅来说,一片组件完工大概也要三天左右时间

4.从产能投资来看,钙钛矿电池有巨大优势

以1GW产能投资来对比,晶硅的硅料、硅片、电池、组件全部加起来,需要大约9亿、接近10亿元的投资规模,而钙钛矿1GW的产能投资,在达到一定成熟度后,约为5亿元左右,是晶硅的1/2

5.原料优势

钙钛矿是直接带隙材料,吸光能力远高于晶硅材料,并且钙钛矿原料没有任何瓶颈,一是用量少,二是不存在稀缺性。

6.纯度要求低,低能耗

钙钛矿不仅会降低能耗,同时对于稳定性也会有一个根本提升。单瓦能耗只有晶硅的1/10,这是一个显著优势

7.制造成本低,是晶硅极限成本的50%

8.实际发电效率会显著高于晶硅

钙钛矿电池缺点:

1.大面积效率不如小面积效率,主要原因是:涂覆不均匀,涂膜设备需要突破

2.稳定性问题,主要原因是:用于沉积TCO膜的磁控溅射法(PVD),能量太大,造成膜层表面粗糙,不利于稳定性。从设备端来看,目前产业化的思路是采用反应等离子沉积法(RPD)替代磁控溅射法(PVD),因为用RPD产生的TCO膜,具有低离子轰击损伤及其高迁移率、高质量的膜层特性。

钙钛矿电池降本增效前景无限,单结覆盖 BIPV 等特殊场景,叠层赋能晶硅进一步提效。

钙钛矿电池具有转换效率上限高、吸光能力强、带隙可调节、材料成本低、生产流程短等优势。我们认为,短期单结钙钛矿有望率先应用于 BIPV 和 CIPV 等特殊场景,中长期钙钛矿与晶硅电池叠层有望赋能光伏行业进一步提效。我们预计,到 2030 年钙钛矿电池(单结&叠层)产能有望超过 400GW。 

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