2017年我国光伏技术发展报告(5)

4.2新型太阳电池研究的国际进展4.2.1钙钛矿太阳电池2016年,钙钛矿太阳电池获得了蓬勃发展,总体研究方向集中在高效、器件稳定性、大面积和叠层电池技术等几个方面。

2018年中国光伏技术发展报告(1)

1晶体硅材料和硅片研究进展1.1晶体硅材料发展概况硅材料是半导体工业中最重要且应用最广泛的半导体材料,是微电子工业和光伏产业的基础材料,具有含量丰富、化学稳定性好、无污染等优点。硅材料有多种晶体形式,包括单晶硅、多晶硅和非晶硅,应用于光伏领域的主要包括直拉单晶硅、薄膜非晶硅、铸造多晶硅、带状多晶硅等硅材料[1]。其中,直拉单晶硅和铸造多晶硅应用最为广泛,占太阳电池光伏材料90% 以上的市场份额。

2020年中国光伏技术发展报告——晶体硅太阳电池研究进展(4)

目前TOPCon电池的一大任务就是如何简化制备工艺,以便最大限度地降低成本。图24给出了TOPCon电池的3种不同的工业化工艺流程,这3种工艺分别为LPCVD制备多晶硅膜结合传统的全扩散工艺、LPCVD制备多晶硅膜结合扩硼及离子注入磷工艺,以及PECVD制备多晶硅膜并原位掺杂工艺。

2019年中国光伏技术发展报告--新型太阳电池的研究进展(4)

中国科学院化学研究所李永舫和苏州大学李耀文课题组采用无机钙钛矿/有机叠层太阳电池的策略,通过真空蒸镀的方法获得了宽带隙、低缺陷态的CsPbBr3无机钙钛矿薄膜,基于此薄膜制备的平面型钙钛矿太阳电池可以充分利用紫外光(图33a),获得了1.44 V的超高开路电压及7.78%的光电转换效率,并表现出了优异的紫外光稳定性(紫外光照射120 h后性能无衰减)。以CsPbBr3薄膜为活性层制备的半透明钙钛矿太阳电池(图33b)几乎可以完全过滤太阳光中的紫外光,并且在可见光区域(波长大于530 nm)的平均透过率高达60%。

2018年中国光伏技术发展报告(2)

1.3.2.4单晶硅品质的提升随着光伏市场的日益发展,硅片作为光伏组件的关键材料之一,对其品质的要求越来越高。太阳电池用直拉单晶硅硅片的质量,主要以提高少子寿命、增强光电转换效率为前提。而氧是直拉单晶硅中的主要杂质,其来源于熔硅与石英坩埚的反应,属于直拉单晶硅中不可避免的杂质。

2020年中国光伏技术发展报告--晶体硅太阳电池研究进展(11)

背板内层的失效模式主要是不耐UV辐照;背板中间层的失效原因主要是不耐水解和UV辐照,导致背板开裂及分层;背板外层的失效模式主要是不耐UV辐照、湿热,导致背板粉化、开裂。背板开裂代表其绝缘性能失效,易引发漏电、电弧、火灾等安全事故,甚至造成人员与财产损失;此外,背板开裂也会增大背板的水汽透过率,导致光伏组件内部电路被腐蚀,若长久使用此种背板,光伏组件将丧失发电性能,其内部电路也会因氧化严重而被破坏,光伏组件寿命就此终止。

2017年我国光伏技术发展报告(8)

5.4 多能互补系统研究进展5.4.1 分布式光/储系统控制技术储能技术在电力系统中的应用是近年来的研究热点。储能有助于平滑光伏及其他新能源发电系统的输出功率,提高系统电能质量,保证发电顺利并网。2016 年全球各类型储能的新装机容量的比重如图28 所示。

2020年中国光伏技术发展报告——晶体硅太阳电池研究进展(7)

2019年,HJT电池产业界出现了一种新型的TCO膜材料,称为SCOT^[30],其成分比例为In_(2)O_(3):ZrO_(2):TiO_(2):Ga_(2)O_(3)=98.5:0.5:0.5:0.5。这是一种可以制备成磁控溅射旋转陶瓷靶的接近IWO的材料,由于其可以制备成高In含量的靶材,因此导电性较好,但针对这种靶材的一些细节并未报道太多。

2020年中国光伏技术发展报告——晶体硅太阳电池研究进展(8)

4.2.7 HJT电池的光致增效现象2017年,欧洲和日本的科学家发现,HJT电池在辐照的同时进行退火会使其光电转换效率增加;2018年,新南威尔士大学的研究团队进一步证实了这种现象,通常情况下该工艺可使电池的光电转换效率绝对值增加0.4%~0.7%。在中国西安举行的第14届CSPV会议上,陕西众森表示,其发现国内企业生产的HJT电池在1个太阳和75℃条件下持续辐照并进行退火210 h后,电池的光电转换效率可从22.49%升至23.03%,Voc可提升0.7%,FF可提升1.36%,而电流基本不变。新南威尔士大学对商用HJT电池进行了辐照加退火处理,使电池的光电转换效率从22.05%升至22.75%。

2020年中国光伏技术发展报告——晶体硅太阳电池研究进展(9)

7光伏组件技术的进展2019年的光伏组件技术承接前2年的发展,仍旧聚焦在以下技术的大规模量产方面:半片技术(Half cut)、叠瓦技术(Shingle)、双玻组件(Bifacial),以及封装材料的改进以降低封装损失(提高CTM)。但也出现了一些新技术的产业化发展,如拼片技术、大硅片光伏组件,以及MBB光伏组件技术,包括SWCT技术。

晶体硅光伏组件的全寿命周期介绍(2)

3.6光伏发电系统性能稳定、可靠,使用寿命长目前世界上普遍认为晶体硅光伏组件的平均寿命是25～30年。这里所说的组件25年寿命期是指组件的功率质保期,即25年后组件的功率不低于初始功率的80%,而不是指组件完全不发电或很少发电。实际上光伏组件效率衰减是一个缓慢的过程,因此光伏组件完全可以在30年甚至更长时间内为人类持续提供清洁电力。

2019年中国光伏技术发展报告(3)

本栏目对《2019 年光伏技术发展报告》中的部分章节进行节选刊登。1.4.2 CZTS基薄膜太阳电池研究的国际进展1.4.2.1研究进展2018年CZTS基太阳电池仍受到持续关注,在基础研究和电池转换效率方面都有较大进展。新南威尔士大学通过对CZTS/CdS异质结进行退火处理,获得转换效率为11.01%的纯硫化物CZTS太阳电池,同时在超过1.113 cm^2的面积上实现了10.04%的转换效率,大幅提高了纯硫化物CZTS太阳电池的世界纪录^[58]。另外,南洋理工大学采用Cd/Ag共掺也制备了转换效率为10.1%的硫化物CZTS太阳电池^[59]。在硫硒化物CZTSSe太阳电池方面,韩国仁川大学表示其基于溅射后两步硒硫化法制备出转换效率为12.04%的CZTSSe太阳电池,该效率已通过KIER机构的认证^[60]。

2019年中国光伏技术发展报告——新型太阳电池的研究进展(3)

3有机太阳电池的研究进展目前,提高稳定性和降低成本成为实现聚合物太阳电池实际应用的关键。由于当前已报道的高效光伏材料大多结构复杂、合成困难,很难满足商业化应用的需求,因此,开发低成本的高效光伏材料将是有机太阳电池商业化应用的巨大挑战。中国科学院化学研究所的李永舫课题组设计并合成了一种低成本且高效的聚合物给体材料PTQ10,其分子结构如图30a所示。PTQ10是一种结构简单的D-A共聚物,其中,噻吩环作为给体单元,喹喔啉作为受体单元。

2017年我国光伏技术发展报告(6)

北京大学朱瑞课题组使用溶液法制备Cs2CO3作为电子传输层代替TiO2,电池效率超过15%[117];通过优化两步法制备多孔的PbI2膜层,从而促进PbI2和MAI的反应,提高钙钛矿层的质量,基于该方法得到的电池效率为15.7%[118];在p-i-n结构中,通过采用醋酸铅作为钙钛矿太阳电池的铅源,同时适量添加MABr作为添加剂,得到了高质量的钙钛矿薄膜,基于该薄膜的电池效率超过18%[119]。

2017年我国光伏技术发展报告(7)

华中科技大学唐江课题组研究了Na 掺杂Sb2Se3 对Sb2Se3 薄膜电池的影响。器件结构为顶衬CdS/Sb2Se3,电池效率测试显示Na 掺杂完全未影响器件性能,掺杂与不掺杂组的器件效率几乎一致;进一步的变温电导测试显示Na+掺杂未在Sb2Se3 薄膜中引入任何可以观测到的缺陷,据此可认为Na 很容易进入Sb2Se3 的链间,但是电学惰性对器件性能无影响[163]。

2017年我国光伏技术发展报告(4)

3.5砷化镓薄膜太阳电池的研究进展 3.5.1砷化镓薄膜太阳电池的发展概况 砷化镓是继硅之后应用较为广泛的半导体材料之一,自上世纪70年代就开始了其在光伏应用领域的开发.以GaAs为代表的III‐V族化合物太阳电池具有效率高、抗辐照性能好、耐高温和可靠性好的特点,正符合空间环境对太阳电池的要求.

2020年中国光伏技术发展报告--晶体硅太阳电池研究进展(3)

对于板式PECVD设备而言,由于现有产线是针对M2硅片设计的,因此该类设备的宽度余量有限,而增大硅片的尺寸必定会减小单个载板的硅片数量。表10为目前占据主流市场的Meryer Burger公司的板式PECVD设备的参数。从中可以看出,其载板放置硅片片数为6行6列,采用边长为156.75 mm的M2硅片,不算边缘的硅片,载板总宽度为904.5 mm;若采用边长为166 mm的硅片,载板总宽度将会达到966 mm。

2020年中国光伏技术发展报告——晶体硅太阳电池研究进展(6)

7)其他正在开发PECVD设备的公司。目前至少有3家公司正在开发PECVD设备产品,分别是北京捷造公司、捷佳伟创公司和迈为公司。北京捷造公司已经开发出1台可用于产业化的链式PECVD设备,并提供给汉能公司进行试验,且得到了不错的反馈。捷佳伟创公司致力于打造制备HJT电池时各个环节所需设备,并试图进行交钥匙解决方案。目前该公司已经拥有较为成熟的清洗设备、RPD设备(捷佳伟创公司掌握了日本住友公司关于该设备在中国的开发与销售权)、丝印设备,只缺少PECVD设备。该公司预计于2020年推出自己的用于HJT电池制备的PECVD设备。

2020年中国光伏技术发展报告——晶体硅太阳电池研究进展(10)

8)KPx(TPx)。一些光伏背板企业设计了特定的内层结构,如KPx,其中x可以是聚合物(含氟或非氟)——O、M、C或f(O可以是聚烯烃,M为金属材料,C表示涂敷,f表示超薄氟膜)。KPO由中天公司开发;KPM由明冠公司开发,京都电子开发的一种氟聚合物膜也属于这种类型。中来公司起初开发CPC,后来改做TPC,以最外层的Tedlar作为抗UV层;随后,明冠公司开发的TPM、中天公司开发的TPO也都遵循了同样的理念。

2020年中国光伏技术发展报告——晶体硅太阳电池研究进展(5)

2018年中国企业使用5BB技术制备的h JT电池的产线平均效率可以达到23%左右;2019年h JT电池的产线平均效率可以达到23.5%~24.0%。但是MBB产线技术还需要设备、材料及组件等产业链各个环节进行全面的配合才能成熟,下文将对这些要点进行重点描述。