柔性钙钛矿太阳能电池——新一代光伏势力崛起

一、柔性太阳能电池是光伏应用侧的主力军

“双碳”背景下,以光伏为代表的新能源备受期待。根据欧洲光伏产业协会数据,2020年,全球累计太阳能光伏电站装机量达773.2GW,较2019年增长22%。从2008年的15.8GW到2020年的773.2GW,十二年累计增长超过45倍。国家能源局发布的数据显示,2021年我国光伏新增装机54.88GW,为历年最高。

太阳能光伏发电系统可分为集中式和分布式,在我国的应用范围逐渐扩大,交通、通信及边远地区等都可以见到光伏发电的应用。而目前光伏发电系统多为刚性体系,重量大,物流运输及人力成本高,在安装时需要支具及打孔,对屋顶等结构破坏严重,安装繁琐,使得传统晶硅太阳能电池在应用侧受到较大限制。

柔性太阳能电池由于重量轻、可弯曲、安装成本低等优点,将是未来光伏应用侧十分重要的主力军之一。其在BIPV(建筑一体化光伏)、BAPV(建筑贴附式光伏)、移动物体、便携式设备以及航空航天领域有广阔的应用空间。

柔性太阳能电池广阔的应用场景

二、最具颠覆性的柔性太阳能电池技术—柔性钙钛矿太阳能电池

目前,光伏市场上的柔性非晶硅太阳能电池发电效率低,衰减过快,其器件稳定性和使用寿命面临极大的考验;柔性砷化镓太阳能电池成本极高,不适合于民用;柔性铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池量产效率13%左右,是目前最能符合市场需求的产品,但其成本较高,在海外尤其是美国BAPV市场售价$2/W的同时产品供不应求。

钙钛矿太阳能电池以其较高的光吸收特性和优异的载流子分离传输特性,迅速成为了新型太阳能电池的研究热点。在短短的十年间,其效率从2009年报道的约3 %达到现如今的25.8%。钙钛矿太阳能电池核心材料均为常见的廉价材料,丰度高,对原材料纯度和缺陷容忍度极高。同时,该电池最重要的优点在于其摒弃了传统晶硅电池所需要的真空、高温等制程,可以采用溶液法进行生产制造,因此十分有望进行低成本、高效率柔性太阳能电池的量产和应用,迅速补充传统晶硅太阳能电池所无法涵盖的市场和应用侧。

以BIPV(建筑贴附式光伏)市场为例。1967年,日本MSK公司最早提出建筑光伏一体化产品。至今超过50年的时间内人类依然在摸索阶段,概念超出了实用,行业中贬大于褒。核心原因还在于,建筑材料的设计寿命>50年,目前没有任何光伏产品可以匹配,而更换建筑玻璃的成本远高于建造成本,或许可简单快速替换将成为下一阶段BIPV发展的方向。值得注意的是,柔性钙钛矿太阳能电池材料涂层仅1微米,比晶硅(175微米/35kg)重量轻,可改变透明度及颜色,直接贴附在原有建筑结构表面甚至从房屋中贴于玻璃内侧,运输及安装费可降低5/6,且更换成本极低,很有机会在此领域有重大突破。

又以有源物联网&5G通讯市场为例。世界芯片巨头理光的预测,有源物联网将带领物联网进入新时代,预测市场将有超过10亿片/年的新能源配套物联网,钙钛矿在弱光环境转化率达到40%,非常适用于此特殊环境。巨大的市场足够柔性钙钛矿企业快速成长。

此外,柔性钙钛矿太阳能电池还可以在移动物体(例如共享单车)、移动帐篷等领域发挥其巨大的作用,总体市场超过千亿。

柔性组件广泛应用时代已经开始

部分图片引用于网络

三、大正(江苏)微纳科技有限公司—专注柔性钙钛矿太阳能电池的规模制造

钙钛矿太阳能电池与以往任何产业化的光伏电池相比,制程上出现了本质差异,无需高耗能的材料提炼、高耗能的物理沉积及昂贵的真空特种设备,可采用低价且适合规模化生产的成膜工艺。作为国内唯一的柔性钙钛矿太阳能电池制造企业,大正(江苏)微纳科技有限公司由江苏省双创人才、清华大学校友领军,通过整合先进的高精度狭缝涂布、喷墨打印、化学气相沉积及卷对卷制造等方式实现了在柔性导电基底上进行柔性钙钛矿太阳能电池的生产。

大正柔性钙钛矿太阳能电池

大正自研狭缝涂布设备

电风扇应用

电子标签应用

大正柔性钙钛矿太阳能电池应用案例

长期以来,公司与国际知名的引文桂冠奖获得者、钙钛矿太阳能电池发明人宫坂力教授以及国内外知名高校研究团队进行深度合作,一方面自研核心的狭缝涂布、真空沉积设备,另一方面致力于高效、稳定的柔性钙钛矿电池制造,进行着全产业链布局。公司从最初的柔性钙钛矿电池中试试验线、到搭建领先的MW级柔性钙钛矿器件中试生产线,及到如今筹划建设百MW级钙钛矿电池量产线,将逐步开启柔性钙钛矿太阳能电池在光伏领域应用。公司将从不断提升柔性太阳能电池制造的先进技术开始,通过规模化产线打开全球光伏市场。相信随着时间推移,柔性单结钙钛矿技术会越发成熟,从而推动行业国产化发展,角逐万亿级市场。