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薄膜电池技术性不断取得突破 具有独特优势
2022-08-04
太阳能电池主要分晶硅电池、薄膜电池、新理念充电电池三大类型。在其中,晶硅电池包含多晶硅电池和光伏电池 充电电池两大类,是当前主流的太阳能电池板,以单晶硅电池为主导。薄膜电池包含硅父类(非晶硅、纳米微晶硅、超低温多晶体 硅等)、化学物质类(碲化镉、铜铟镓硒、III-IV 组、钙钛矿等)、有机物类等,是太阳能电池板持续发展的关键方位。新 定义充电电池包含多带隙太阳能电池、热自由电子太阳能电池、层叠太阳能电池等,现阶段大多数处在试验室研发阶段。
??不同种类太阳能电池的构造具有一定相似度,主要包含后盖板、光电转换物质层、侧板等部分。介质类型、光 电变换方法等不一样取决于各种太阳能电池性能差别。晶硅电池各部件相对独立性,关键部件为电池片,并且通过封 装胶纸(EVA)把它密封性在光伏玻璃和塑料侧板中组成太阳能组件。薄膜电池则以全透明导电玻璃为基材,遮盖发电解介质,包含非晶硅、碲化镉(CdTe)、铜铟硒、铜铟镓硒、氮化镓、钙钛矿等,再通过侧板开展封装形式或直接通过幕墙玻璃开展封装形式。(星宇佳科技www.1b006.com)
??薄膜电池的理论光电转换效率很有可能高过晶硅电池,但是目前薄膜电池的批量生产部件光电转换效率不如晶硅电池。 比如碲化镉薄膜以其光谱仪效用与太阳光谱更配对,基础理论转换效率可以达到 32%,高过晶硅电池。但薄膜电池在批量生产 时期的光电转换效率仍落后于晶硅电池,并远远低于多结层叠充电电池。
??依据美国国家可再生资源试验室(NREL)精确测量与统计分析,晶硅电池中单晶硅电池试验室最大转换效率为 27.6%, 批量生产部件最大转换效率为 24.4%,相匹配部件总面积为 13177cm2;多晶硅电池试验室最大转换效率为 24.4%,批量生产 部件最大转换效率为 20.4%,相匹配部件总面积为 14818cm2。薄膜电池中碲化镉充电电池试验室最大转换效率为 22.1%, 批量生产大部件最大转换效率为 19.5%,相匹配部件总面积为 23573cm2,都由国外 First Solar 企业造就;铜铟镓硒充电电池 试验室最大转换效率为 23.4%,批量生产小组件最大转换效率为 19.2%,都由日本 Solar Frontier 企业造就;钙钛矿 充电电池发生的时间晚,但效率提高速度更快,试验室最大转换效率可以达到 25.7%,小组件最大转换效率为 17.9%,相匹配组 件总面积为 804cm2。(星宇佳科技www.1b006.com)
??晶硅电池凭着高光电转化效率和低成本优势,现阶段占有主导性。因为新理念太阳能电池大多数处在试验产品研发 环节,并未建成投产,光伏电池组件生产能力主要是由多晶硅电池、单晶硅电池、薄膜电池组成。光伏电池太阳能电池因为技 术相对性完善、产品稳定性高、光电转化效率比较高,生产量不断增长,生产量占有率也逐步提升。薄膜电池生产量略微提 升,但受限于产品成本、光电转化效率与技术普及化,在全部光伏电池组件生产量中占比受晶硅电池抑制,在 2010 年之后呈下降趋势。2020 年太阳能电池总共约 150GW,在其中单晶硅电池约占 79.2%,多晶硅电池约占 15.6%,塑料薄膜 充电电池约占 5%。
??现阶段薄膜电池中碲化镉充电电池占主导。受多晶硅原料和晶硅部件产品报价危害,2000 年以来薄膜电池的市场份额 历经数次起伏,2009 年最多做到 17%,2018 年最少约 3.6%。薄膜电池中,碲化镉电池的市场占有率大约为薄膜电池 的七成,商业化的较取得成功;非晶硅市场占有率持续下降,占所有太阳能组件市场占有率从 2000 年约 9%下降到 2020 年约 0.2%;铜铟镓硒电池的市场占有率在 1-2%中间波动。随着钙钛矿电池产品研发逐渐完善,多家企业已经建成或整体规划钙钛 矿产资源线,将来潜力巨大,并对太阳能组件市场占有率组成一定影响。
??经过多年发展趋势,薄膜电池光电转化率快速升级,促进成本费持续下降。碲化镉薄膜充电电池、铜铟镓硒薄膜电池 早已迈向规模化生产和商业化的运用,碲化镉充电电池试验室最大转换效率为 22.1%,批量生产大部件最大转换效率为 19.5%,铜铟镓硒充电电池试验室最大转换效率为 23.4%,批量生产小组件最大转换效率为 19.2%。钙钛矿电池发生时长 晚,但效率提高速度更快,试验室最大转换效率可以达到 25.7%,小组件最大转换效率为 17.9%。中国科学院研究团队在 Science 发文称其 FAPbl3 钙钛矿电池得到 25.6%的验证输出功率,并且在 85℃运作 500 小时了依旧保持 80%高效率。此 外,钙钛矿多晶硅层叠充电电池基础理论光电转换效率能够提升肖克利-奎伊瑟极限值(Shockley-Queisser 极限值),近日德国瑞士科 学者取得成功摆脱串连硅钙钛矿太阳能电池板高效率,初次提升 30%做到 31.25%。随着薄膜电池产品研发逐渐完善,好几家企 业已经积极主动提产,将来潜力巨大。(星宇佳科技www.1b006.com)
??除开光电转化效率的发展潜力外,薄膜电池还具备以下几个方面优点: (1)薄膜电池生产制造污染排放少,环保压力小。与晶硅电池对比,碲化镉的镉消耗量大约为 0.3g/GWh,显著 小于单晶硅电池的 0.7g/GWh 跟多晶硅电池的 0.6g/GWh;砷消耗量为 1.1g/GWh、铬消耗量为 2.4g/GWh、铅排 放量上涨为 2.7g/GWh、汞消耗量为 0.5g/GWh、镊消耗量为 7.8g/GWh,均明显小于多晶硅太阳能电池。
??薄膜电池电力能源回本时间短,环保节能压力小。电力能源回本时间就是指光伏发电设备项目生命周期内所消耗的动能与该系统年平均动能输出的比率,能够体现光伏发电系统的节能环保总体水平,碲化镉太阳能电池的电力能源回本时间大约为 0.5 年、铜铟 镓硒大约为 0.85 年、塑料薄膜硅大约为 0.8 年、光伏电池大约为 1.1 年、光伏电池大约为 1.6 年,薄膜电池的电力能源回本时间显著短于 晶硅电池,环保节能压力小。
??薄膜电池设计应用水平好于晶硅电池,发展前景大。晶硅电池组件的电池片薄厚一般为 100 多μm; 塑料薄膜电池组件薄厚大约为 0.3-2 μm,且通过堆积加工工艺粘在 TCO 玻璃基板上。从设计应用角度较为各种光伏发电电 池,薄膜电池在规格多元性、电气设备主要参数可更改性、样子多元性、机械设备协调能力、外型匀称水平、全透明水平等多个方面 发挥出色。(星宇佳科技www.1b006.com)