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2023 SMM 国际光伏产业峰会

这是探寻产业融通、探知价格走势、探析成果转化、探求创新拓业、探察技术迭代、探查减碳成效的最佳平台。光伏上下游相关企业群英荟萃,剖析行业发展痛点、难点,深度思维碰撞,将为与会嘉宾带来极具价值的参考。

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2023 SMM 国际光伏产业峰会

大咖分享:钙钛矿光伏材料特性及器件研究进展 晶硅/钙钛矿叠层电池研究进展【SMM光伏大会】

来源:SMM

在SMM举办的2023SMM国际光伏产业峰会-钙钛矿与叠层电池论坛上,西安宝馨光能科技有限公司董事长朱卫东分享了HJT/ 钙钛矿叠层太阳电池技术,并介绍了晶硅太阳电池的发展、钙钛矿光伏材料的特性及器件研究进展以及晶硅/钙钛矿叠层电池的研究进展等多方面的内容。

晶硅太阳电池的发展

在双碳目标的背景下,数据显示,2022年中国二氧化碳排放的主要来源便是发电,占比高达48%,其次是乘用车,占比在8%。

能源占比方面,2022年,煤占比63%、天然气占比3%,亟需大力发展低成本清洁可再生能源。

在这一情况下,太阳能与光伏行业得到蓬勃发展,预计从2050年到2100年,太阳能将逐步成为世界能源的主角。

太阳电池:将太阳能转化为电能。

全球光伏产业的年均复合增长率连续十年超过35%,中国的光伏组件出货量全球第一;

光伏组件销售价格随着出货量指数下降,光伏发电成本($32 MWh) 已低于天然气($44)。

晶硅太阳电池:效率的提升是永恒的主题

PERC、BSF等为基础的晶硅电池是当前光伏市场的主体,占比超过95%

HJT、TOPCon、IBC、HBC正逐步发展成为主流的电池结构

晶硅电池的瓶颈:接近效率极限

SHJ电池改变背接触(由p型掺杂纳米晶硅和具有低薄层电阻的透明导电氧化物组成),取得26.81%的世界最高效率,接近了理论极限。

HJT 电池成本分布

在HJT电池成本构成中,银浆料占比25%;丝网印刷和清洗制绒占比30%。

太阳能电池发展进程

晶硅/钙钛矿叠层电池——突破肖克利·奎伊瑟(S-Q)效率极限的有效途径

叠层电池技术:突破肖克利 -奎伊瑟理论效率极限的必由之路

1.聚光技术:光强增加1000倍,效率极限提升约7%,成本高昂,可行性低;

2.叠层技术:采用不同带隙吸光材料分段吸收太阳光谱,效率极限提升12%;

3.晶硅叠层电池:采用晶硅底电池的叠层电池效率最接近理论效率最优值。

钙钛矿材料:晶硅叠层电池的不二选择

晶硅为底电池材料时,顶电池光吸收层材料的最佳光学带隙为1.70~1.80 eV;

核心问题--研发高性能、低成本、稳定的宽带隙光伏材料与器件技术。

晶硅与钙钛矿电池的叠层电池

晶硅和钙钛矿的叠层电池将使效率提升至35%以上,突破S-Q效率极限,而且工艺高度兼容,结构相对简单,成本增加相对较低,钙钛矿将在晶硅叠层电池中将扮演着重要地位!

钙钛矿光伏材料的特性及器件研究进展

钙钛矿电池迅速崛起,发展速度远远超过了其他光伏材料,在短短十年的时间里效率突破了26%,而且还在不断提升中。

钙钛矿太阳电池具有制备工艺简单、成本低效率高等优势。

宽带隙钙钛矿吸光层

从对基于梯度异质结制备高性能宽带隙钙钛矿太阳电池(1.68eV)的研究中可以看出。

Pb(SCN)2对调控钙钛矿薄膜表面形貌具有显著作用,但退火过程会导致过量的PbI2残留;采用梯度异质结策略,使用MACl与SCN-挥发诱导的PbI2反应,消除其不利影响。

共掺杂制备大面积宽带隙钙钛矿太阳电池 (1.68 eV)

钙钛矿前驱体中同时引入Pb(SCN)₂和PEACI,所制得的钙钛矿薄膜由大尺寸晶粒和更少的晶界构成,且晶界处生成新的物质。

空穴传输层

一种低温氧化镍制备方法,将氧化镍制备温度降到250度以下,空穴传输层能级与钙钛矿更加匹配,空穴提取能力更强,器件效率达到20.2%。

电子传输层

学者提出并证实了TiO2-ZnO、NiOx/TiO2、SnO2/TiO2氧化物电子传输结构,构建效率超过20%的新型钙钛矿太阳电池电子传输层的创新结构,提高了电池性能和稳定性。

电荷收集层

发展了高透光低电阻TeO2/Ag、MoO3/Ag、V2O5/Ag薄膜复合透明电极、Ni/Au金属网格电极及光管理技术,首次实现效率超过20%、双面因子超过80%的高效双面半透明钙钛矿太阳电池,为同期最高效率的钙钛矿双面电池。

晶硅/钙钛矿叠层电池的研究进展

两端叠层器件顶部宽带隙钙钛矿电池的最优带隙为1.68 eV;宽带隙钙钛矿电池对钙钛矿/晶硅叠层电池研究至关重要!

2023年7月6日,HZBSteveAlbrecht于Science刊发高性能三卤化物钙钛矿-硅叠层太阳能电池的界面工程的研究成果,p-i-n单结开路电压高达1.28V,钙钛矿-硅叠层太阳能电池开路电压高达2.00V。叠层电池经认证的功率转换效率高达32.5%。

CsPbBr3在蓝紫-紫外波段(300~500nm)吸收能力强,与晶硅的吸收范围(500~1100nm)的匹配度最高

四端CsPbBr3/Si叠层电池理论计算效率31%,非常适合我国西部地区蓝紫光占比高、辐射强的光谱特点,能够将硅电池效率提升约2%

通过将半透明PSC 和TOPCon太阳能电池与MXene中间层机械互连形成两端机械堆叠的钙钛矿/硅叠层太阳能电池,实现30.26%的效率。

通过优化MoOx缓冲层和IZO电极的厚度,得到四端钙钛矿/硅叠层太阳能电池,实现30.91%的效率,为同期报道最高值。

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