鈣鈦礦的工業(yè)化視角：牛津光伏眼中的鈣鈦礦

來源：新能源網

時間：2019-12-19 09:02:31

熱度：

鈣鈦礦的工業(yè)化視角：牛津光伏眼中的鈣鈦礦:增效和降本是實現(xiàn)光伏平價上網的關鍵，作為主流光伏技術，晶硅市場份額超95%，盡管發(fā)電成本也在持續(xù)緩慢下降，但其效率已越來越接近極限。如目前

:增效和降本是實現(xiàn)光伏平價上網的關鍵，作為主流光伏技術，晶硅市場份額超95%，盡管發(fā)電成本也在持續(xù)緩慢下降，但其效率已越來越接近極限。如目前普遍采用的晶硅PERC技術，通常能達到22%左右轉化效率，其技術路線圖預計最大量產效率接近24 %。留給晶硅組件通過提質增效降本的空間已經很小。

（來源：微信公眾號“光伏測試網”ID：TestPV）

平價帶來的降本壓力，讓行業(yè)開始關注一種更低成本、更高效率的電池結構：鈣鈦礦-硅異質結電池。

電池效率極限

專家預測，到2020年末，光伏電池的最高效率會通過鈣鈦礦-硅疊層串聯(lián)結構實現(xiàn)。

自2009年首次發(fā)現(xiàn)太陽能吸收特性以來，鈣鈦礦已成為光伏行業(yè)最突出的研究課題之一。在過去五年中，隨著效率和穩(wěn)定性的提高，鈣鈦礦光伏發(fā)電正在迅速進入工業(yè)化階段。

圖1.與傳統(tǒng)的晶硅技術相比，鈣鈦礦光伏效率顯著提高

牛津光伏作為布局鈣鈦礦電池技術的制造商之一，將鈣鈦礦技術建立在傳統(tǒng)的156 mm × 156 mm硅太陽能電池之上。

圖2. 鈣鈦礦-硅異質結疊層電池的示例

使用低成本解決方案、與鈣鈦礦結合可以使硅電池效率顯著提高到25-30%。2018年，牛津光伏公布了鈣鈦礦-硅疊層電池28.0%轉化效率，突破世界紀錄，通過了美國國家可再生能源實驗室（NREL）認證。

１.可靠性測試

鈣鈦礦電池商業(yè)化的一個關鍵挑戰(zhàn)是從實驗室尺寸擴展到 156 mm × 156 mm 的商業(yè)尺寸。2016 年，牛津光伏收購德國一家前薄膜電池制造工廠，并在工廠配備鈣鈦礦電池生產所需設備，現(xiàn)已成功將鈣鈦礦光伏技術應用到工業(yè)化生產中。

2016 年以來，牛津光伏與合作伙伴一直在驗證該技術的可靠性。

商用尺寸鈣鈦礦-硅電池在牛津光伏德國試驗線生產

光伏組件的可靠性是度電成本（LCOE）的關鍵決定因素，直接影響到組件發(fā)電量及環(huán)境效益。

光伏產品要保證 25 年的質量，要求進行機械載荷、熱循環(huán)和環(huán)境試驗（.H 1000、TC200、UV老化等），并要求組件衰減達到特定的要求。為滿足25年使用壽命預期，制造商通常設定比IEC61215更嚴苛的條件，如DH2000小時、TC600，測試標準是通常條件的兩到三倍。

2.組件設計

對于任何電池技術，都需要精心設計組件，以保護電池免受環(huán)境的影響。封裝材料的選擇、串焊技術以及背板的選擇都會影響組件的可靠性。此外，組件的選擇可以通過優(yōu)化光吸收、減少電阻損耗和雙面設計來增加發(fā)電量。

雙面組件可以將發(fā)電量提高10%以上。憑借自由調節(jié)鈣鈦礦吸收體的間隙，鈣鈦礦-硅疊層電池首先通過提高效率來提高能量轉化率；其次通過優(yōu)化鈣鈦礦-硅組件結構，設計雙面異質結也可以提高發(fā)電量。

3.量產化進展

為加快鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池和組件量產技術的發(fā)展，牛津光伏今年與光伏設備供應商梅耶博格簽署了合作協(xié)議，率先在牛津光伏德國試驗工廠內安裝了一條100兆瓦硅異質結太陽能電池生產線，并安裝了鈣鈦礦電池生產設備，以制造鈣鈦礦-硅異質結電池和組件，并計劃到2020年底將鈣鈦礦疊層電池的產能擴大到250MW，其首要目標是達到30%以上的產業(yè)化電池轉換效率。

與此同時，國內光伏企業(yè)對鈣鈦礦的布局也在加快鈣鈦礦電池的量產化進程。

杭州纖納光電首條20MW鈣鈦礦量產產線生產的鈣鈦礦組件（200cm-800cm）效率達到11.98%，打破了日本東芝公司保持的前世界紀錄。

今年2月，協(xié)鑫集團旗下蘇州協(xié)鑫納米科技有限公司率先建成10兆瓦級大面積鈣鈦礦組件中試生產線，完成了相關材料合成及制造工藝的開發(fā)。領跑者創(chuàng)新論壇《2019首屆鈣鈦礦產業(yè)化大會》上，協(xié)鑫宣布并已開始100兆瓦量產生產線的建設工作，計劃于2020年實現(xiàn)鈣鈦礦光伏組件的商業(yè)化生產。在1241.16平方厘米的有效面積上，協(xié)鑫納米實用化鈣鈦礦組件效率達到了15.31%。

總結

2018年全球光伏裝機增長達到109GW，同時晶硅光伏組件價格迅速下降，加上組件效率的穩(wěn)步提高，使硅成為首選技術類型，并有效地遏制了其它非硅新技術獲得一定市場份額。然而，隨著晶硅電池逐漸接近達到實際效率極限，加上光伏電池成本的降低對整個系統(tǒng)成本影響越來越小極小，提高太陽能電池的效率幾乎成為降本增效唯一選擇。成本分析表明，硅太陽能電池結合鈣鈦礦太陽能電池技術，將顯著降低光伏系統(tǒng)的LCOE; 這對于加快太陽能的利用至關重要。