钙钛矿电池一般指甲胺、甲脒等与铅、碘、溴组成的 AMX3形八面体结构材料, 具有消光系数高、弱光性能好、寿命高、 制备工艺简单的特点。
(1)消光系数高:可以做薄, 实现柔性的应用。
(2)弱光性强:BIPV(光伏建筑一体化)应用前景较好。
(3)制备工艺简单:较晶硅电池更低的度电成本。
效率情况
自 2009 年钙钛矿电池面世以来,仅经过 13 年发展,其效率就从 3.8%提升至 25.7%,且理论极限效率(31%)高于晶硅电池。
韩国某大学大面积:17.9%(800cm2);
松下国内:单节 23.7%(1.0cm2);
中国科技大学模组 22.44%(26cm2) ;
瑞士联邦理工大面积:26.8%(274cm2 组件) ;
牛津:起步阶段小面;28%(0.005cm2);
南京大学谭海仁大面积:22%(20cm2 小组件) ;
极限效率31%高于HJT/TOPCON 等各类晶硅电池27%-29.4%的效率。同时以 1GW 中试线为例,组件效率 18%时,钙钛矿成本为晶硅的 80%;实际量产如达到 20%组件效率,成本为晶硅的 50%。
成本情况
晶硅与钙钛矿电池的材料成本对度电成本的比较起决定性作用, 但晶硅电池的材料成本主要在硅上, 钙钛矿的材料成本中, 碘化铅和碘甲胺只占到了 4%。
钙钛矿电池的材料成本主要来自透明电极、电子传输层和空穴传输层等。如使用有机的 PCBM, 相比无机材料成本上升 3 倍;如为了提高效率把铜电极换金电极, 成本也会提升 2-4 倍。
后续降本方案主要围绕材料, 而设备花费提升对度电成本影响不大。由于当前钙钛矿的稳定性远未达到商业化需求, 将度电成本和生命周期进行曲线归一化分析可以发现, 寿命提升对度电成本下降作用很大。同样的, 假设效率从19%提高到 21%, 度电成本也会有 20-30%的降低。综上, 提升效率和稳定性, 可以大大降低钙钛矿的度电成本。
量产难点
1.稳定性差
因为钙钛矿时离子型的晶体, 内部会有很多缺陷, 离子会在内部扩散导致性能下降。
2.面积放大的问题
制造工艺不同于晶硅电池,钙钛矿通过反应形成而不是结晶,在大面积基底上会出现先后反应的情况,成膜均匀性差,提高串联电阻, 引起效率下降。一旦成膜不好出现孔洞,会导致电极短接。目前大面积钙钛矿的效率是远低于小面积的实验室效率的。
主要工艺
目前大面积的制备工艺主要包括溶液涂布如狭缝涂布、 刮刀涂布, 以及真空镀膜等, 或者二者结合。
溶液涂布
如狭缝涂布或者说印刷,工艺简单, 设备廉价, 效率和稳定性高, 但厚度和均匀性不好控制。
2.真空沉积/蒸镀
厚度和均匀性控制好。但由于两层沉积材料之间反应不彻底产生的残留会影响钙钛矿的稳定性和效率。同时以碘甲胺为例在真空下在设备中产生酸性环境, 对设备破坏性很大。
当前常用工艺为先真空沉积一层碘化铅, 再溶液法印刷碘甲胺, 但依旧存在反应不均匀和残留问题。大面积钙钛矿的主要难点就是如何在溶液中形成大量的结晶, 以提升镀膜的均匀性。
应用方向
钙钛矿电池具备轻薄、透光性强、短波长吸光能力强、弱光效应好、可在柔性基材上制备的优点,预计短期内主要应用于 BIPV(光伏建筑一体化)和 CIPV(车载光伏)。
相关标的
①设备企业
RPD:捷佳伟创;蒸镀:京山轻机、奥来德;激光设备:杰普特、帝尔激光、德龙激光;
其他:西子洁能(参股众能光电 10%,众能光电为钙钛矿设备头部标的)
②材料企业
TCO 导电玻璃:金晶科技;丁基胶:康达新材
③电池厂商
叠层电池:杭萧钢构(子公司合特光能制备钙钛矿晶硅叠层电池)
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