光伏发电效率再创新高 留给晶硅组件的时间已不多

近日，美国国家可再生能源实验室(NREL)最新发布了全球太阳能电池实验室最高效率图，由德国海姆霍兹柏林材料所(HZB)创造的单结钙钛矿-硅叠层太阳能电池的最新效率为29.15%，突破超过了牛津光伏公司之前报道的28%效率，再破世界记录。

什么是钙钛矿电池?

钙钛矿型太阳能电池(perovskitesolar cells)，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。

迄今为止，大多数的太阳能电池都是由硅制成，因为这种材料非常善于吸收光线。可是，硅面板的制造成本却很昂贵。

科学家们一直都在研究由钙钛矿组成的结构，使之成为硅的替代品。真正的钙钛矿，是一种存在于地球中的矿物，它由钙、钛、氧分子经过特殊排列而成。具有相同晶体结构的材料称为钙钛矿结构。

相比于共棱、共面形式连接的结构，钙钛矿结构显得更加稳定，更有利于缺陷的扩散迁移。因此，钙钛矿具备了许多优异的物理化学特性，例如电催化性、吸光性等。

钙钛矿结构非常适合作为太阳能电池吸收光线的活性层，因为它们吸收光线的效率比硅更高，且成本更低廉。将钙钛矿结构集成到太阳能电池中，需要采用的设备也相对简单。例如，它们可以溶解到溶剂中，直接喷涂到基底上面。

由钙钛矿结构组成的材料有望为太阳能电池设备带来一场革命，但是却具有一个严重的缺陷：它们通常很不稳定，在高温条件下性能会退化。这严重阻碍了它们的商用。

技术突破已是必然

增效和降本是实现光伏平价上网的关键，作为主流光伏技术，晶硅市场份额超95%，尽管发电成本也在持续缓慢下降，但其效率已越来越接近极限。如目前普遍采用的晶硅PERC技术，通常能达到22%左右转化效率，其技术路线图预计最大量产效率接近24 %。留给晶硅组件通过提质增效降本的空间已经很小。

考虑到光伏发电未来的持续发展，寻找更高发电效率的替代材料已是必然。此前牛津光伏公布了钙钛矿-硅叠层电池28.0%转化效率，突破世界纪录，通过了美国国家可再生能源实验室 (NREL) 认证。

与此同时，国内光伏企业对钙钛矿的布局也在加快钙钛矿电池的量产化进程。杭州纤纳光电首条20MW钙钛矿量产产线生产的钙钛矿组件(200cm-800cm)效率达到11.98%，打破了日本东芝公司保持的前世界纪录。

协鑫集团旗下苏州协鑫纳米科技有限公司已率先建成10兆瓦级大面积钙钛矿组件中试生产线，完成了相关材料合成及制造工艺的开发。此外，协鑫宣布已开始100兆瓦量产生产线的建设工作，计划于2020年实现钙钛矿光伏组件的商业化生产。在1241.16平方厘米的有效面积上，协鑫纳米实用化钙钛矿组件效率达到了15.31%。

文章作者：王轶辰