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Caelux 开发四端配置的钙钛矿-硅串联太阳能电池

2025-04-13 10:16  浏览:上海油压工作室  

钙钛矿有望在全球太阳能发展中发挥关键作用。随着研发不断取得突破,钙钛矿市场正在迅速成熟。随着硅基太阳能电池的逐步发展,逐渐接近其理论极限,钙钛矿串联材料的出现进一步提高了效率。

上海油压工作室钙钛矿本身可以用作太阳能电池的活性材料,并且可以沉积成极薄的层状,这为许多不同应用打开了大门。目前,钙钛矿主要以叠层形式进行探索,沉积在传统的硅太阳能电池上。

太阳能电池板的效率越高,总系统成本就越低,从住宅屋顶等受限区域获得的电力就越多。

隆基目前保持着硅太阳能电池效率的最高纪录,略高于27%。该公司最近利用硅-钙钛矿叠层实现了34.6%的效率。德国弗劳恩霍夫太阳能研究所(Fraunhofer ISE)的研究人员模拟了叠层的实际效率,最高可达39.5%,远远超过硅本身的效率。

上海油压工作室Caelux 首席技术官 Ernest “Charlie” Hasselbrink 表示,钙钛矿串联材料可用于各种规模的太阳能产品和项目,从移动设备到公用事业规模的太阳能项目,但最令人兴奋的直接应用之一可能是屋顶太阳能。

2T 或 4T

目前业界正在探索两种主要架构:两端(2T)和四端(4T)架构。4T串联结构的两个电池之间具有独立的电气连接,而2T架构则是串联的。

虽然隆基创下的串联电池纪录是基于2T架构创造的,该架构的效率提升略高,但哈塞尔布林克认为4T串联电池的应用前景更佳,原因如下。随着人们不断探索钙钛矿化学技术,以提高该领域的可靠性和长期性能,4T架构或将为研究人员提供更灵活的选择。

首先,4T钙钛矿可以放置在与硅太阳能电池完全分离的基板上,而2T则不能。这一点可能很重要,因为它可以减少钙钛矿开发人员对基板选择的限制,从而可能带来更耐用的设计。性能的耐久性仍然是钙钛矿在实际应用中需要解决的核心问题。

上海油压工作室“我们的方法是,把材料涂在玻璃上,这样我们的客户,也就是传统的硅组件制造商,几乎不需要做任何改变,”哈塞尔布林克说。“他们可以按照自己的方式生产面板。”

此外,4T 为带隙设计提供了更好的灵活性。带隙是指将半导体中的电子激发到更高能态所需的最小能量。对于 2T 串联结构,电流必须匹配,这意味着一旦选定了电池的带隙,钙钛矿电池带隙的灵活性就会受到限制。而 4T 则提供了更宽的解空间,为更稳定的化学反应提供了更大的灵活性。

哈塞尔布林克表示,通过将4T钙钛矿放置在其自身的基底上,它们可以受益于化学、机械和电气隔离。通常,2T串联结构会沉积在硅电池的纹理表面上,这会带来略微更好的光吸收效果,但这也可能给钙钛矿开发人员在探索不同的化学和机械配置时带来限制。

上海油压工作室“为什么要为了一点小利益而限制解决空间呢?”哈塞尔布林克说。

上海油压工作室Hasselbrink 表示,4T 串联结构的另一个优势在于,它必须实现电压匹配而非电流匹配,这有利于工艺和设计灵活性。超过 10-15% 的电流失配会对电池的耐用性造成重大挑战,如果旁路不当,会导致电池温度过高。相比之下,4T 串联结构是电压匹配的。

“太阳能电池的电压与辐照度的依赖关系很小——即使辐照度下降一半,电压也只会下降约5%。”哈塞尔布林克说道,“这不足以造成任何严重的不匹配、性能损失或可靠性问题。”

可扩展性

哈塞尔布林克表示,钙钛矿所实现的许多引人注目的领先效率都是采用非经济可行的工艺实现的,并且往往忽略了可能大规模出现的制造缺陷问题。

上海油压工作室他表示,Caelux 在开发实验室流程时充分考虑了可扩展性,使用的设备要么是小型设备,要么是由与生产设备相同的供应商生产的。他表示,这种方法简化了从研究到制造的过渡。

注重耐用性

上海油压工作室哈塞尔布林克警告说,研发界可能过于注重效率的提高,而应该更多地关注耐用性和可靠性,这仍然是钙钛矿最重要的创新因素。

“国家可再生能源实验室的效率图表让学术团队有机会通过实现最佳效率,在世界舞台上扬名立万,”哈塞尔布林克说道。“创建类似的耐久性图表可能具有巨大的价值:在精心策划的户外测试以及特定的标准化加速测试(可提供更快的反馈)中,都展现出最佳性能。”

他说,实验室重视报告的可靠性可能会引导研究界朝着更重要的方向发展。

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