據(jù)安泰科的多晶硅價格公布，硅料已從年初87.6元/KG(單晶復投料)漲至現(xiàn)在的269.9元/KG，足足翻了3倍，而光伏組件的漲幅卻不足50%…
面對這種極寒情況有一種技術卻在悄悄發(fā)展，漸成驚人之勢!
一、薄膜電池的發(fā)展
早期的學者們已經在薄膜電池的道路上留下了探索的腳步，比如硫化鎘(CdS)薄膜電池誕生于1962年，雖然在商業(yè)化的道路上遲遲沒有更大的進展，但是，它的出現(xiàn)引發(fā)了薄膜電池的研究熱潮。在隨后的幾十年間，多種薄膜電池材料被開發(fā)了出來，如硒化鎘、銻化銦、碲化鎘、銅銦鎵硒、非晶體硅、砷化鎵、以及近年來大熱的鈣鈦礦等等。
在NREL的太陽能電池效率追蹤表中可以看到鈣鈦礦電池在近10年內發(fā)展迅速，目前實驗室效率已經在20%以上，或將成為近幾年最有希望大規(guī)模應用的薄膜電池技術，目前鈣鈦礦產業(yè)化技術較為成熟的企業(yè)有杭州纖納、協(xié)鑫光電等等。緊隨其后的是碲化鎘與銅銦鎵硒太陽能電池，F(xiàn)irstSolar與漢能等企業(yè)均有相應的量產化開發(fā)。
薄膜電池的優(yōu)勢有幾個方面:
1.理論成本低;
2.輕薄透光，適用于BIPV設計，構建未來綠色建筑;
3.色彩多變，在發(fā)電的同時可以為建筑帶來不一樣的風采;
4.像鈣鈦礦、碲化鎘、銅銦鎵硒這類的材料，能帶寬度大于晶體硅電池，能夠用于制備晶體硅疊層電池，拓寬光譜的利用率，進一步提高太陽能電池的理論效率。
由鈣鈦礦電池和晶體硅組成的疊層電池理論轉換率極限可達43%。
二、各類薄膜電池的特點
1. 鈣鈦礦電池
鈣鈦礦(perovskite)是一種結構為ABX3晶型的材料，其中A為有機陽離子(如CH3NH3+)，B為金屬離子(如Pb+、Sn+)，X為鹵素陰離子(如Cl-、Br-、I-)或者SCN-。在2009年，日本的宮坂教授最早將鈣鈦礦材料用于太陽能電池，并獲得了3.8%的光電轉換效率。在全球科學家的努力下，鈣鈦礦太陽能電池的效率突破20%，接近傳統(tǒng)的單結薄膜太陽能和晶體硅太陽能電池的效率。同時鈣鈦礦材料的能帶有著可調節(jié)性，更有益于疊層電池的應用。
鈣鈦礦太陽能電池結構
Source：Inorganic caesiumlead iodide perovskite solar cells
某些材料在特定條件下，會形成規(guī)則化的排布，如下圖所示。這種結構便是常見的鈣鈦礦材料結構，在這種結構下，材料本身的顏色也會呈現(xiàn)出常見的棕褐色。
Source：Inorganic caesium lead iodideperovskite solar cells
目前來看，鈣鈦礦材料對水汽或高溫較為敏感。直接暴露的高濕環(huán)境下，形成的鈣鈦礦結構將會快速失效，變?yōu)榉氢}鈦礦結構，同時特有的棕褐色也會發(fā)生變化(如下圖，水滴滴在鈣鈦礦材料表面時，顏色發(fā)生了明顯的變化。所以，材料穩(wěn)定性與封裝的研究至關重要。在2021年初，杭州纖納重磅宣布了全球首個通過了基于IEC61215標準的加嚴穩(wěn)定性證書，邁出了鈣鈦礦組件商業(yè)化堅實的一步。
2. 碲化鎘電池
目前碲化鎘光伏產品在薄膜細分領域做得相對更加成熟，特別是歐美等區(qū)域，這種材料在炎熱潮濕的環(huán)境中發(fā)電表現(xiàn)效果好。在這一細分領域，F(xiàn)irstsolar產品做的相對較好，效率達到了18%+，同時在十幾年的發(fā)展中主導了這一細分領域，在氣相運輸沉積等關鍵技術上形成了很高的壁壘。
但是碲化鎘組件中含有大量重金屬元素，組件回收將成為一項需要重點關注的問題。同時在生產過程中有劇毒物質需要排放，所以在危廢處理及環(huán)保環(huán)節(jié)需要重點進行考量。同時帶隙相對固定在1.44ev，在疊層電池方向的應用或受到一定限制。
Source：A review of thin film solar cell technologies and challenges
3.銅銦鎵硒電池
與鈣鈦礦類似，帶隙同樣可調(1-1.6eV)，也有用于疊層電池的潛力。相比于目前常見的170-180um厚度的晶硅硅片，銅銦鎵硒電池所需的材料厚度僅需1.2-4um，明顯薄于現(xiàn)有的晶硅電池。同時，現(xiàn)在的實驗室電池效率也已經在22%以上，未來非常有希望進入現(xiàn)有光伏發(fā)電市場。
但目前銅銦鎵硒電池相較于碲化鎘電池來說，價格上仍有一定的路需要走。
Source：A review of thin film solar cell technologies and challenges
三、薄膜電池的展望
目前鈣鈦礦、CdTe和CIGS的商業(yè)化在國內已經走了好幾個年頭,投了不少錢,也擴了許多產線, 降本也在不斷實現(xiàn), 比起晶硅組件還是有一段路需要走。但隨著電價的上浮、技術的不斷完備，相信在BIPV，甚至于地面電站上，將會逐步有更多薄膜電池的身影出現(xiàn)。
評論