光伏發(fā)電效率概況

太陽(yáng)的光線出現(xiàn)在生活中的每一個(gè)地方，人們的生活已經(jīng)離不開(kāi)太陽(yáng)，太陽(yáng)能不僅為植物生長(zhǎng)提供光源，而且也能為人類(lèi)提供能源，現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽(yáng)能。近日，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)最新發(fā)布了全球太陽(yáng)能電池實(shí)驗(yàn)室最高效率圖，由德國(guó)海姆霍茲柏林材料所(HZB)創(chuàng)造的單結(jié)鈣鈦礦-硅疊層太陽(yáng)能電池的最新效率為29.15%，突破超過(guò)了牛津光伏公司之前報(bào)道的28%效率，再破世界記錄。

什么是鈣鈦礦電池?

鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池(perovskitesolar cells)，是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽(yáng)能電池，屬于第三代太陽(yáng)能電池，也稱(chēng)作新概念太陽(yáng)能電池。

迄今為止，大多數(shù)的太陽(yáng)能電池都是由硅制成，因?yàn)檫@種材料非常善于吸收光線?？墒?，硅面板的制造成本卻很昂貴。

科學(xué)家們一直都在研究由鈣鈦礦組成的結(jié)構(gòu)，使之成為硅的替代品。真正的鈣鈦礦，是一種存在于地球中的礦物，它由鈣、鈦、氧分子經(jīng)過(guò)特殊排列而成。具有相同晶體結(jié)構(gòu)的材料稱(chēng)為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。

相比于共棱、共面形式連接的結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)顯得更加穩(wěn)定，更有利于缺陷的擴(kuò)散遷移。因此，鈣鈦礦具備了許多優(yōu)異的物理化學(xué)特性，例如電催化性、吸光性等。

鈣鈦礦結(jié)構(gòu)非常適合作為太陽(yáng)能電池吸收光線的活性層，因?yàn)樗鼈兾展饩€的效率比硅更高，且成本更低廉。將鈣鈦礦結(jié)構(gòu)集成到太陽(yáng)能電池中，需要采用的設(shè)備也相對(duì)簡(jiǎn)單。例如，它們可以溶解到溶劑中，直接噴涂到基底上面。

由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)組成的材料有望為太陽(yáng)能電池設(shè)備帶來(lái)一場(chǎng)革命，但是卻具有一個(gè)嚴(yán)重的缺陷：它們通常很不穩(wěn)定，在高溫條件下性能會(huì)退化。這嚴(yán)重阻礙了它們的商用。

技術(shù)突破已是必然

增效和降本是實(shí)現(xiàn)光伏平價(jià)上網(wǎng)的關(guān)鍵，作為主流光伏技術(shù)，晶硅市場(chǎng)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(lái)越接近極限。如目前普遍采用的晶硅PERC技術(shù)，通常能達(dá)到22%左右轉(zhuǎn)化效率，其技術(shù)路線圖預(yù)計(jì)最大量產(chǎn)效率接近24 %。留給晶硅組件通過(guò)提質(zhì)增效降本的空間已經(jīng)很小。

考慮到光伏發(fā)電未來(lái)的持續(xù)發(fā)展，尋找更高發(fā)電效率的替代材料已是必然。此前牛津光伏公布了鈣鈦礦-硅疊層電池28.0%轉(zhuǎn)化效率，突破世界紀(jì)錄，通過(guò)了美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL) 認(rèn)證。

與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)光伏企業(yè)對(duì)鈣鈦礦的布局也在加快鈣鈦礦電池的量產(chǎn)化進(jìn)程。杭州纖納光電首條20MW鈣鈦礦量產(chǎn)產(chǎn)線生產(chǎn)的鈣鈦礦組件(200cm-800cm)效率達(dá)到11.98%，打破了日本東芝公司保持的前世界紀(jì)錄。

協(xié)鑫集團(tuán)旗下蘇州協(xié)鑫納米科技有限公司已率先建成10兆瓦級(jí)大面積鈣鈦礦組件中試生產(chǎn)線，完成了相關(guān)材料合成及制造工藝的開(kāi)發(fā)。此外，協(xié)鑫宣布已開(kāi)始100兆瓦量產(chǎn)生產(chǎn)線的建設(shè)工作，計(jì)劃于2020年實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦光伏組件的商業(yè)化生產(chǎn)。在1241.16平方厘米的有效面積上，協(xié)鑫納米實(shí)用化鈣鈦礦組件效率達(dá)到了15.31%。如果某一天人們能高效利用太陽(yáng)能，相信能解決很大的能源問(wèn)題，畢竟太陽(yáng)能是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的，能保證人類(lèi)的永續(xù)發(fā)展，需要我們科研人員更加努力。