【成果介紹】
鈣鈦礦太陽能電池是2009年誕生的新型光伏技術(shù)，短短10來年時間，其光電轉(zhuǎn)換效率提升十分迅猛，幾乎追平了商業(yè)化發(fā)展多年的多晶硅、CIGS、CdTe等太陽能電池。并且，鈣鈦礦太陽能電池不包含稀缺元素，材料和工藝成本低廉，量產(chǎn)后組件成本有望達到晶硅太陽能電池的50%-70%。目前，國內(nèi)外均投入了大量研發(fā)資金，頭部企業(yè)預(yù)期在2年內(nèi)實現(xiàn)第一代鈣鈦礦光伏產(chǎn)品的量產(chǎn)。推動廉價、高效的鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)化，對于獲得廉價的可再生能源，具有重要的現(xiàn)實意義。
太陽能電池的用途方向主要包括：消費電子、移動電源、分布式光伏發(fā)電、地面電站等領(lǐng)域。鈣鈦礦太陽能電池作為新型光伏技術(shù)，需要在“效率-成本-壽命”三個方面與市場化成熟的晶硅太陽能電池或者CdTe薄膜太陽能電池獲得比較優(yōu)勢，才有可能實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。鈣鈦礦太陽能電池目前有很多技術(shù)分支，其中，本成果采用基于穩(wěn)定Bi基金屬電極的反式平面結(jié)構(gòu)，在兼顧實現(xiàn)“效率-成本-壽命”產(chǎn)業(yè)化三要素方面具有獨特優(yōu)勢。
鈣鈦礦太陽能組件產(chǎn)品
反式結(jié)構(gòu)電池和組件效率認證報告
【技術(shù)優(yōu)勢】
（1）采用反式結(jié)構(gòu)NiMgLiO-C60界面材料體系的穩(wěn)定性超過目前正式結(jié)構(gòu)高效電池的SnO2-SpiroOMeTAD界面材料體系，且不容易被突破。因此，本成果產(chǎn)品壽命更長，在常規(guī)使用條件下，目前的預(yù)期壽命達到10年以上，且有望通過進一步改進獲得更長的使用壽命。
（2）采用Bi基金屬電極，具有獨特的抗鈣鈦礦鹵素腐蝕的能力，且Bi基電極導(dǎo)電性好、容易制備、成本低廉。此外，Bi金屬為中國優(yōu)勢礦產(chǎn)資源，儲量和產(chǎn)能占全球70%以上。因此，本成果產(chǎn)品效率高、壽命長、且成本更低。與某企業(yè)采用ITO頂電極的組件技術(shù)路線相比，本成果效率高2-3%，成本低20-30%。
（3）開發(fā)基于低揮發(fā)強配位劑的鈣鈦礦溶液配方，實現(xiàn)狹縫涂布制備>200cm2大面積高質(zhì)量FACs基鈣鈦礦薄膜，確保了大規(guī)模制備高效鈣鈦礦模組的工藝可行性。且FACs基鈣鈦礦薄膜的穩(wěn)定性更高，大面積可控制備難度較大，本項目工藝方法相比其他競爭對手具有鮮明特色和技術(shù)先進性。
（4）采用無損傷、高耐候的復(fù)合封裝工藝，在不損傷鈣鈦礦太陽能電池效率的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)器件的長期穩(wěn)定性。鈣鈦礦活性材料比較脆弱，簡單的熱壓封裝容易導(dǎo)致器件效率損失，且不少封裝材料容易與鈣鈦礦活性材料反應(yīng)，影響器件的使用壽命，我們的工藝路線具有鮮明特色和技術(shù)先進性。
【技術(shù)指標】
【應(yīng)用場景】
鈣鈦礦太陽能電池在多種場合都能取得很好的應(yīng)用，目前在消費電子和移動電源方面對比其他光伏技術(shù)優(yōu)勢十分明顯，目前已完全具備大量應(yīng)用可行性。對于分布式和地面電站應(yīng)用，隨著穩(wěn)定性的逐步提高和量產(chǎn)后成本的大幅度下降，有望在5年左右形成成熟的產(chǎn)品，從而與主流的晶硅電池形成有效競爭。
【市場前景】
目前的技術(shù)指標已完全滿足消費電子和移動電源的使用需求。僅電子標簽電源一項，按照全國目前規(guī)模以上超市2.6萬家，10%使用電子標簽，每家使用1000個電子標簽，則對于電池片的總需求將達到2600000片，按照20元每片的價格，銷售額輕松可達千萬元。消費電子端的目標是取代所有紐扣電池，而紐扣電池目前的全球市場規(guī)模為200億元。且消費電子端對于價格不像地面電站那么敏感，一個數(shù)cm2的小電池片的利潤有可能跟地面電站1m2組件的利潤相當。
【知識產(chǎn)權(quán)】
該成果已申請中國發(fā)明專利23項、PCT國際專利2項，已獲授權(quán)中國發(fā)明專利10項，以下為部分展示：
【合作方式】
技術(shù)開發(fā)、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)許可、技術(shù)入股等
【專家介紹】
陳煒，華中科技大學武漢光電國家研究中心教授，清華大學本科、博士，先后赴香港和日本從事博士后和訪問學者研究工作。擔任中國材料學會太陽能材料分會委員，中國可再生能源學會光化學專委會委員。發(fā)表Science，Science Advances，Nature Energy，Nature Communications等論文80余篇。長期從事新型太陽能電池方面的研究工作，近期在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域取得了突出成績。2015年獲得國際上首個大面積（1cm2）鈣鈦礦太陽能電池認證效率記錄，寫進權(quán)威效率記錄表。2018年認證成功國際首個大面積（>20cm2）鈣鈦礦太陽能模組“穩(wěn)態(tài)化”高效率16.6%。2020年通過萊茵認證得到國際領(lǐng)先的100cm2基板反式鈣鈦礦太陽能模組效率17.3%。2021年進一步將100cm2基板反式模組效率提升到19.7%。基于反式電池結(jié)構(gòu)、NiO多元氧化物固溶體和摻雜技術(shù)，率先引入“兼顧效率和穩(wěn)定性的界面工程”，發(fā)展“新型無機半導(dǎo)體界面材料”、“鈣鈦礦/PCBM漸變異質(zhì)結(jié)”、“惰性金屬電極”、“大面積FACs基鈣鈦礦薄膜狹縫涂布技術(shù)”、“低損傷、高耐候復(fù)合封裝技術(shù)”等新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝，有效改善了鈣鈦礦太陽能電池，尤其是具有實用性的大面積器件的效率和穩(wěn)定性。對于推動新一代光伏技術(shù)——鈣鈦礦太陽能電池克服產(chǎn)業(yè)化瓶頸，具有重要的學術(shù)意義和應(yīng)用價值。
【聯(lián)系方式】
