“崭露头角！晶硅钙钛矿叠层电池真正产业化还需时日
发布日期：2023/11/18
近日，我国光伏企业隆基绿能自主研发的晶硅—钙钛矿叠层电池效率达到33.9%，成为目前全球叠层太阳能电池效率的最高纪录。这是该领域电池效率有记载以来，中国企业首次刷新世界纪录。
业内专家表示，该突破意味着我国叠层电池研究已跻身全球领先行列。晶硅-钙钛矿叠层电池技术的出现为开发下一代高效太阳电池技术开辟了全新赛道。
突破晶硅单结电池效率极限光电转换效率是评价光伏技术潜力的核心指标。光电转换效率越高，意味着同样的面积、吸收同样光的太阳能电池能发出更多的电。目前，传统晶硅电池的光电转换效率已接近29.4%的理论极限，未来效率提升空间较小，而晶硅—钙钛矿叠层电池的理论效率极限可达43%，被视为突破晶硅单结电池效率极限的主流技术方案。
“晶硅-钙钛矿叠层电池是一种将晶体硅太阳能电池与钙钛矿太阳能电池叠加在一起的结构，通过优势互补和协同作用，实现了转换效率的提升。”合肥工业大学智能制造技术研究院常务副院长、安徽省光伏发电产业技术创新战略联盟副理事长张晓安向《中国电子报》记者介绍说。
一方面，晶硅太阳能电池能够吸收可见光的一部分光谱，而钙钛矿太阳能电池则能够吸收可见光和近红外光谱。两种电池层叠在一起，能够更充分地利用太阳光谱的各个波段，实现光谱互补。另一方面，晶硅太阳能电池具有较高的电子收集效率，钙钛矿电池具有较高的光电转换效率。两种电池层叠在一起，可以充分利用光的吸收和电子的传输，实现效应互补，从而提高整体性能。
“如果说效率已被开发到接近极限的传统晶硅单结电池是一个馒头，那么叠层技术就是给馒头里夹了肉。理论上，无论哪种晶硅电池技术，都可以与钙钛矿技术相叠，包括异质结和TOPCon等N型晶硅技术，甚至PERC技术。”隆基绿能首席科学家徐希翔表示。
据介绍，此次创造纪录的叠层电池，顶电池采用钙钛矿技术，底电池部分则基于晶硅异质结技术。“之所以选择异质结与钙钛矿做叠层，一方面是因为异质结技术属于低温工艺，有利于钙钛矿薄膜生长；另一方面也是考虑到在两端叠层的情况下，异质结叠层转换效率较高。”徐希翔说。预计到明年下半年，隆基绿能晶硅—钙钛矿叠层电池将实现35%的转换效率。作为一种超高功率的组件形态，该电池未来不仅可以用于大型电站，也可用于空间飞行器的太阳能发电系统。
“光伏行业是一个以成本为导向的行业，降本增效是发展核心，而持续提升光伏电池的转换效率是降低整个光伏发电成本的有效举措。一旦这种高效率的电池技术真正实现量产，将促进光伏发电成本大幅下降，对于推动我国乃至全球光伏市场的增长都是绝对的利好。而光伏市场的增长也会带动整个能源变革和能源转型。”中国光伏行业协会副秘书长江华指出。
产业化曙光已现当前，光伏电池技术正处于新旧迭代的关键时期。在现有光伏电池主流技术中，无论N型还是P型都基于晶硅技术，而钙钛矿电池则脱离硅基材料，有望实现更低成本、更高效率，掀起新一轮技术变革。
晶硅-钙钛矿叠层电池作为钙钛矿电池技术路线之一，吸引众多光伏企业加码布局。晶科能源以N型TOPCon为底电池与钙钛矿实现高效叠层电池，转化效率达到32.33%；通威于2022年建成钙钛矿叠层电池实验室，钙钛矿—硅叠层电池效率达到31.13%；华晟新能源预计其异质结—钙钛矿叠层电池中试线于2025年投入使用，中试线电池片平均效率将达到28%-30%。
尽管潜力巨大，但晶硅—钙钛矿叠层电池尚处于研发与试验阶段，与商业化量产仍有一定距离。
张晓安指出，晶硅-钙钛矿叠层电池发展仍需克服材料兼容性、设备和工艺技术以及成本和可扩展性等方面的挑战。在材料兼容性方面，晶硅-钙钛矿叠层电池需要寻找合适的材料组合和界面工程来实现材料之间的良好匹配和接触，以减少能带不匹配和电荷传输阻碍等问题；在设备和工艺方面，晶硅-钙钛矿叠层电池的制备过程相对复杂，需要精确控制材料的沉积、扩散和形貌等参数，相关设备和工艺技术的发展仍然需要进一步推进，以提高生产效率和制造一致性。与此同时，还需要寻找经济有效的大规模生产方案。
“无论是单结还是叠层钙钛矿产品，目前最大的挑战在于最终是否被市场接受。”在通威股份光伏技术中心先进技术部长龙巍看来，相比于单结钙钛矿，叠层电池相对更容易被市场接受。“这是因为叠层电池是在现有的晶硅组件上做加法，成本上涨不明显。但叠层电池只有在成本、良率、性价比等方面做到能与晶硅相提并论时，才会有初步的市场竞争力。”龙巍解释称。
徐希翔坦言，晶硅-钙钛矿叠层电池技术距离真正实现产业化，预计还要7年的时间。在他看来，未来7年无论是钙钛矿或是其他宽带隙技术，仍然要不断地创新，从而解决长期可靠性等问题。“举例来说，当前晶硅组件首年效率衰减低于1%，未来生命周期中每年衰减在0.3%左右，但钙钛矿组件的衰减要明显更快。这是需要解决的问题。”徐希翔说。
来源：中国电子报
