纤纳光电研制钙钛矿组件光电转换率达17.4%
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来源: 中国电力报 作者: 日期: 18.01.11

钙钛矿光伏组件具备商业化基础

纤纳光电研制的钙钛矿组件光电转换效率达17.4%

中国电力新闻网 记者 于海江

  15.2%、16%、17.4%,这是杭州纤纳光电科技有限公司(简称“纤纳光电”)一年内三破世界纪录的成绩。继2017年2月和2017年5月两破世界纪录后,2017年12月,纤纳光电研制的钙钛矿光伏组件光电转换效率提高至17.4%,第三次打破了自己保持的钙钛矿世界效率纪录。同时,2017年6月,该公司与全球多家知名企业和科研机构共同入选了美、日、澳等多国科学家联合编撰的《太阳能电池效率表》,这一切意味着该公司已成为世界钙钛矿组件商业化研发的全球领跑者。

  三次打破世界纪录

  钙钛矿太阳能电池发现于2009年,当时的光电转换效率只有3.8%。2011年以后,随着学术界关注度的提升,钙钛矿电池的转化效率得到了飞速的发展。直到2016年底,钙钛矿电池组件的光电转换效率纪录为12.1%。

  2017年2月,纤纳光电采用自主知识产权的核心技术,生产出面积超过16平方厘米、光电转化效率达到15.24%的大面积钙钛矿太阳能电池组件。该成果已获得位于美国蒙大拿州的国际测试中心Newport公司的权威认证,刷新了世界纪录,使光伏平价上网提前成为现实。2017年5月,也就是距离该世界记录的产生只有3个月的时间,纤纳光电再次将钙钛矿大面积组件效率提高到16%。

  “我们解决了困扰钙钛矿光伏组件的问题之一,即大面积生产的均一性的问题,因此我们把钙钛矿电池效率的世界纪录从12.1%提高到了15.2%。现在我们进一步优化生产环节,把组件效率进而提高到了16%,这个效率已经接近市面上常见硅材料组件的转换效率。”纤纳光电负责人姚冀众介绍说。

  纤纳光电是由一群年轻人创办的年轻公司,它成立于2015年7月,由三位85后浙大海归博士组成的“国千”团队创立。成立至今,该公司始终致力于成为一家商业化新型钙钛矿型薄膜太阳能电池的科技型创新公司,先后承担了两项国家科技部新材料光伏的专项课题。

  度电成本大幅降低

  事实上,17.4%的光电转化率已达到市场中主流的多晶硅组件效率。据了解,钙钛矿是一种廉价的人工合成材料,在2009年首次被尝试应用于光伏发电领域后,从此大放异彩。相比于晶硅、铜铟镓硒、碲化镉等传统的光伏材料,钙钛矿材料不仅具有同样优异的光电性能,且原料来源丰富,成本低廉,钙钛矿太阳能电池表现出十分广阔的商业价值,也具备商业化生产的可靠基础。

  人工合成钙钛矿所用的原料均为常见的金属盐,不含剧毒与稀有元素,且电池的制备过程中无需高温高压环境,不产生有毒有害气体,绿色环保。经测算,钙钛矿光伏电池的能量回收周期仅为两个月,相比于其他光伏电池都存在巨大的优势。因此,钙钛矿是一种理想的适合大规模生产的光伏电池材料。

  除了高效、环保之外,钙钛矿电池还有另一个显著特点是生产成本低廉。而这主要体现在原料价格与生产能耗两方面。据测算,目前在扩大生产规模后,钙钛矿电池的造价有望低于1元/瓦。度电成本的大幅度降低能帮助光伏发电实现平价上网,有效地帮助光伏行业脱离目前依靠补贴生存的困境,使清洁绿色的光伏发电产业更健康地发展。

  技术创新很难,领跑全球更是难上加难。“目前公司每一次自主创新,都囊括了从底层的基础创新走向实际商业应用的完整链条。”姚冀众说,钙钛矿材料可以有上亿种排列组合,纤纳团队做的就是在上亿种组合中找到转换率最优组合。但最优组合并非一定适合大规模生产。在产品试制过程中,常常会出现材料组合很完美但无法转换成产品。如此一来,技术团队又要回过头来对材料进行再创新。就在这种新材料与制备工艺的循环创新中,仅2017年,技术团队就排除了几千种组合,并优中选优,三破世界纪录。截至目前,纤纳光电在钙钛矿太阳能电池研发、先进半导体生产设备和薄膜光伏检测设备等领域已申报并获得了40多项知识产权专利。仅2017年,该公司用于研发的投入已超过4000万元。

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