日行日新！为新一代钙钛矿光伏电池技术发展赋能
发布日期：2024/10/8
针对钙钛矿太阳能电池高温工作条件下运行稳定性差这一领域难题，南开大学化学学院袁明鉴教授带领课题组开展高水平国际合作研究，成功制备出兼具高能量转换效率与高运行稳定性的钙钛矿太阳能电池器件，标志着新一代光伏技术取得重大突破。
9月30日晚,《自然》杂志以“兼具高效热稳定性的甲脒铯组分钙钛矿太阳能电池”为题，发表了这项研究成果。
结晶路径转变策略实现高效率高温工况稳定钙钛矿太阳能电池。（受访者供图）
钙钛矿是一类具有独特晶体结构的材料，广泛应用于新型太阳能电池等半导体器件。钙钛矿太阳能电池作为第三代光伏技术，其独特的柔性兼容性与大面积制备潜力，为光伏、物联网、新能源汽车乃至航天航空等领域带来前所未有的机遇。可这种新型太阳能电池的稳定性一直是限制其大规模商业应用的关键因素。钙钛矿材料作为电池的吸光层，其稳定性受外界环境因素影响显著。目前，高性能钙钛矿太阳能电池在制备过程中往往需要依赖易挥发的有机胺盐添加剂来稳定物相并调控结晶。然而，这种添加剂在高温条件下极易分解，引发钙钛矿薄膜化学组分失衡，进而显著降低电池在高温工况下的运行稳定性。
针对这一难题，袁明鉴带领研究团队结合理论预测，发展了一种具有更高热稳定性的合金钙钛矿制备策略，该策略彻底解决甲脒铯组分钙钛矿薄膜组分不均一的问题。利用该策略制备的钙钛矿太阳能电池器件，展现出世界一流的能量转换效率与高温工况稳定性。
“此项研究不仅为钙钛矿太阳能电池的稳定性提升奠定了坚实的技术基础，也为光伏技术的进一步实用化和商业化开辟了广阔前景，对推动全球能源结构的绿色转型具有深远意义。”袁明鉴说。
袁明鉴表示，目前研究团队正通过校企合作，积极推进符合产业化需求的高性能钙钛矿太阳能电池模组的研发，力求尽快推动研究成果的实际应用与产业化落地。
据悉，太阳能电池主要分为晶硅电池和薄膜电池两大类，这两类电池起初在技术上相对独立，在各自方向不断发展迭代。
晶硅电池中，N型和P型单晶硅电池是产业主流。在薄膜电池中，有砷化镓、碲化镉、铜铟镓硒、钙钛矿这几种常见的化合物电池。相对来说，钙钛矿所需的元素在地壳中含量丰富，这为其规模化发展提供了必要条件。
钙钛矿太阳能电池作为第三代新型太阳能电池，具有高转换效率、低成本、应用场景广泛等优势。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。
东吴证券在研报中表示，按照各家厂商发布的量产规划，2023年合计钙钛矿组件产能1.25GW，2025年7.4GW，预计组件市场空间约37.5亿元；2030年钙钛矿组件产能预计142GW，对应市场空间约950亿元，2022年至2030年复合增速达128%。
A股上市公司中，已有多家企业在钙钛矿电池技术上有所突破。
通威股份已组建钙钛矿叠层电池实验室，并成立通威全球创新研发中心，对含钙钛矿/硅叠层先进电池在内的多种技术路线实现并行研发，目前小尺寸钙钛矿/HJT叠层电池效率达到33.08%。
中国核电目前拥有刚性、柔性钙钛矿太阳能电池的核心技术与全套自主知识产权。2024年成功研发的1200×400mm²商品级柔性钙钛矿组件效率高达17.75%，创造了柔性钙钛矿组件行业最大尺寸纪录、最高效率纪录。
拓日新能目前拥有专门的钙钛矿项目团队，主要研究反式结构钙钛矿电池，现阶段在小面积电池进行新材料、新配方、新结构实验以及在实际生产线进行量产化实验。
曼恩斯特在钙钛矿太阳能板块已形成稳定的市场拓展及产品交付能力，实验线及中试线的订单规模持续增加，部分订单也将在今年经客户验收后逐步完成收入确认。
隆基绿能的钙钛矿电池技术目前处于实验室研发阶段。2023年11月，公司研发的晶硅—钙钛矿叠层电池经美国国家可再生能源实验室（NREL）认证，效率达到33.9%。
来源：新华社、每日经济新闻
