钙钛矿光伏电池实现突破 商业化进程加快-

2024-07-19 14:32

1. 钙钛矿光伏电池实现突破 商业化进程加快-

近年来,钙钛矿材料正迅速成为太阳能领域的一种热门候选材料。不过它的主要缺点之一,就是容易在阳光直射下,其性能会随着时间的流逝而退化。据报道,来自美国、中国和韩国的科学家组成一支研究团队,研发成功一种可用于钙钛矿光伏面板的新涂层,特点是能够提升其在阳光下的稳定性。科研团队在材料表明沉积一层有机离子,使表面带负电,再让带正电的离子与表面带负电的离子配对,这使表面电子变得更中性且稳定。测试结果表明,这些电池能在2000多个小时内保持最初光电转化效率的87%。相比之下,在同样条件下,经历相同时间后,未经处理的太阳能电池性能下降到原来的65%。
  
 点评:该研究为钙钛矿太阳能电池技术商业化和广泛采用奠定了基础,得到了美国能源部能源效率和可再生能源办公室的支持。作为目前主流的光伏技术,晶硅光伏发电效率已越来越接近极限。钙钛矿作为一种人工合成材料,在2009年首次被尝试应用于光伏发电领域后,因为性能优异、成本低廉、商业价值巨大,被《科学》(Science)期刊评为年度十大突破性 科技 进展之一。
  
  A股公司中,拓日新能(002218)在互动平台表示,公司对钙钛矿光伏技术已早有研究,并有项目储备立项。公司正与相关行业企业探讨合作布局。协鑫集成(002506)协鑫集团旗下苏州协鑫纳米 科技 有限公司建成钙钛矿组件中试生产线。
  
 本文源自金融界

钙钛矿光伏电池实现突破 商业化进程加快-

2. 钙钛矿实力出圈,开创光伏产业新格局

太阳能是一种能量丰富、清洁的能源,合理、有效地利用太阳能是解决人类能源和环境问题的重要途径。
     
 近年来的研究发现,具有钙钛矿晶体结构的甲脒(FA)钙钛矿材料由于具有很高的光吸收系数、很长的载流子传输距离、非常少的缺陷态密度等优异性质,在太阳能电池、发光器件、光电探测器、激光器、光催化、光检测等领域应用前景巨大,成为国际上极为重要的研究热点材料之一。
     
 目前,中国计量科学研究院认证的,300cm²的大尺寸钙钛矿光伏组件已经创造出18.2%的转换效率,创造新的世界纪录,进一步验证了钙钛矿光伏创新技术产业化的可行性。
  
 全球范围内多家公司都不约而同提速了钙钛矿电池商业化量产的步伐,在科研方面,国内几乎所有的理工科院校都在开展与钙钛矿有关的课题研究。
  
 钙钛矿电池的产业化时机已经逐渐成熟,其商业化发展速度很可能会刷新许多人的认知。
  
 2019年6月, 科技 部发布国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”等重点专项2019年度项目申报指南的通知,其中在太阳能一项中,特别提出为 探索 大面积太阳能电池制备技术,开展高效稳定大面积钙钛矿电池关键技术及成套技术研发,解决大面积钙钛矿电池稳定性问题。
  
 新技术的推广,首先要有一个成熟产业的技术作为支撑,正如晶硅电池的产业化有半导体产业技术为基础一样,钙钛矿电池的制造产完全可以采用液晶面板行业的设备和技术,而且对技术和工艺的要求同样也要更低一些。
  
 同时,国内高等院校的理工科专业均开展与钙钛矿相关的研究课题组,为行业发展培养了一定基数的技术人才;大企业纷纷布局,不断提高钙钛矿电池的光电转换效率,加速推进钙钛矿电池的商业化进程。
  
 钙钛矿是一种化合物电池,其原材料来源于基础化工材料,有多达几万种原材料可供选择,完美避开对有限原材料的资源依赖。
  
 而相比晶硅电池对硅料的需求,钙钛矿电池对于原材料的需求要少得多。一块72片电池的晶硅组件对硅的消耗量约为1公斤,而同等面积的钙钛矿电池组件只需要钙钛矿材料2克左右。
  
 稀缺问题之外,材料的可突破性对于技术的发展前景可能更为重要。只有依托于那些具有可设计性和可迭代性材料的技术,未来才有更大的发展空间。
     
 钙钛矿的晶体结构,是不会被卡在某个数值(目前最高光电转换效率记录是29%),复杂的原理我就不赘述了,有一点要强调的是,钙钛矿并不是一种矿物,而是一种结构的统称,具备这种结构的人工合成材料,统称为钙钛矿。同时钙钛矿对杂质并不敏感,纯度只需要做到90%就足够了,甚至为了增加材料之间的强度,还可以在涂布时主动添加粘合剂、增强剂一类的“杂质”,综合各种优势,决定了钙钛矿作为太阳能电池具备的独特优异性能。
     
 目前市面上的钙钛矿材料以粉末居多,能稳定合成钙钛矿单晶的研发生产机构屈指可数。其中,中山复元新材料有限公司旗下的珀优思品牌,专注研发与生产钙钛矿材料,具备几十种钙钛矿前驱体材料的合成与销售。
     
 尤以甲脒(FA)钙钛矿单晶为拳头产品,实现稳定合成,平稳供货,与国内多所知名院校与企业建立深度合作关系;围绕合成钙钛矿所需的前驱体材料,形成完善的供应体系;在材料配方、制备工艺、产品结构设计方面构建钙钛矿技术领域的核心优势。
  
 
  
     
 
  
     
 在“双碳”背景下,节能减排已成为各行业发展不可逆转的趋势,大力发展清洁能源已成为 社会 的一致共识。珀优思—钙钛矿材料首选提供商,期待共同开创与见证钙钛矿能源时代的来临。

3. 钙钛矿太阳能电池技术中国已走在世界前列了吗?

9月30日消息,2017年诺贝尔化学奖大热技术—钙钛矿太阳能电池,武汉理工大学程一兵团队已取得实质性突破,与理想的大规模应用越来越近。


程一兵今天上午在他的实验室接受科技日报记者独家采访时说:该团队开发的5cm x 5cm 塑料基板柔性钙钛矿太阳能电池组件,8月8日通过国家光伏质量监督检验中心第三方认证,获得了组件转换效率11.4%的结果,远超日本东芝公司于今年9月25日宣布的5cm x 5cm柔性钙钛矿太阳能电池组件10.5%的转换效率世界纪录。10cm x 10cm 玻璃基板钙钛矿太阳能电池组件制备技术也获得重大突破,在国家光伏质量监督检验中心验证的组件效率为13.98%,居国际同类产品第三方论证效率首位。




图为:5cm x 5cm塑料基板的柔性电池
钙钛矿太阳能电池是《科学》杂志评选的2013 年度国际上十大科技突破之一,是一种有望进一步降低光伏发电价格的新型光伏体系。武汉理工大学程一兵团队多年来致力于该光伏产品组件的生产技术开发工作。
前不久,科睿唯安发布了2017年的各奖项“引文桂冠奖”。自2002年以来,45位获得“引文桂冠奖”的科学家荣膺诺贝尔奖,因此该奖被认为是“诺奖风向标”。
今年,科睿唯安化学领域获得“引文桂冠奖”的有三项。其中第三项授予日本的宫坂力(Tsutomu Miyasaka)、韩国的朴南圭(Nam-Gyu Park)以及英国的亨利·J·斯内斯(Henry J.Snaith),他们因为发现并应用钙钛矿材料实现有效能量转换而获奖。
北京时间10月4日2017年诺贝尔化学奖就将揭晓,程一兵在获知“钙钛矿太阳能电池技术”成为2017年诺贝尔化学奖“热门”之后,非常兴奋。程一兵团队在上述两项钙钛矿光伏组件的制备技术上的突破,预示着我国科研人员在钙钛矿光伏组件的制备技术上走在了世界的前列。
不管是否获奖,实质上确实有着先进的技术,那比获奖差不到哪里。

钙钛矿太阳能电池技术中国已走在世界前列了吗?

4. 钙钛矿太阳能电池的介绍

钙钛矿太阳能电池,科学家们在最新研究中发现,一种钙钛矿结构的有机太阳能电池的转化效率或可高达50%,为目前市场上太阳能电池转化效率的2倍,能大幅降低太阳能电池的使用成本。相关研究发表在最新一期的《自然》杂志上。

5. 钙钛矿中缺陷研究取得新进展,新一代太阳能电池将离市场更近!

  导读 
    背景 
   1839年,德国矿物学家古斯塔夫·罗斯(Gustav Rose)站在俄罗斯中部的乌拉尔山脉上,拾起一块以前从未被发现的矿物。
   
   那时,他并没有听说过“晶体管”或“二极管”,也没想到电子器件会成为我们日常生活的一部分。更出乎他意料的是,他手中的这块被他以俄罗斯地质学家 Lev Perovski 的名字命名为“钙钛矿(perovskite)”的这块矿石,会成为彻底变革电子器件的关键因素之一。
   钙钛矿如此重要的地位,离不开它特殊的结构。钙钛矿材料结构式一般为ABX3,其中A为有机阳离子, B为金属离子, X为卤素基团。该结构中, 金属B原子位于立方晶胞体心处, 卤素X原子位于立方体面心, 有机阳离子A位于立方体顶点位置。
   
   钙钛矿结构稳定,有利于缺陷的扩散迁移,具备许多特殊的物理化学特性,例如电催化性、吸光性等。
   
   过去十年,钙钛矿因为制造起来更便宜、更绿色,效率可与硅太阳能电池相媲美,逐渐成为硅太阳能电池的替代品。
   
   然而,钙钛矿仍会表现出明显的性能损耗以及不稳定性。迄今为止,大多数的研究集中在消除这些损耗的方法,然而真正的物理原因仍然是未知的。
    创新 
   近日,在一篇发表在《自然(Nature)》期刊上的论文中,来自剑桥大学化学工程与生物技术系以及卡文迪许实验室 Sam Stranks 博士的研究小组,以及日本冲绳科学技术大学院大学 Keshav Dani 教授的飞秒光谱学单位的研究人员们,找到了问题的根源。他们的发现,将使得提升钙钛矿的效率变得更容易,从而使它们离大规模量产更近。
   
    技术 
   当光线照射钙钛矿太阳能电池时,或者当电流通过钙钛矿LED时,电子被激发,跳跃到更高的能态。带负电荷的电子留下了空白,也称为“空穴”,它带正电荷。受激发的电子与空穴都可以通过钙钛矿材料,因此可成为载流子。
   但是,在钙钛矿中会产生一种称为“深阱”的特定类型缺陷,带电的载流子会陷入其中。这些被困的电子与空穴重新结合,它们的能量以热量形式丧失,而不是转化为有用电力或者光线,这样就会显著降低太阳能面板和LED的效率以及稳定性。
   迄今为止,我们对于这些陷阱知道得很少,部分原因是,它们似乎与传统太阳能电池材料中的陷阱表现得大相径庭。
   2015年,Stranks 博士的研究小组发表了一篇研究钙钛矿发光的《科学(Science)》期刊论文,这篇论文揭示了钙钛矿在吸收光线或者发射光线方面有多擅长。Stranks 博士表示:“我们发现,这种材料非常不均匀;相当大的区域是明亮且发光的,而其他的区域则非常黑暗。这些黑暗区域与太阳能电池或者LED中的能量损耗相关。但是,引起这种能量损耗的原因一直是个谜,特别是由于钙钛矿在其他方面非常耐缺陷。”
   由于标准成像技术的限制,研究小组无法说明黑暗区域是由一个大的陷阱位引起的,还是由众多小的陷阱位引起的,从而难以确定它们为什么只是在特定区域形成。
   后来在2017年,Dani 教授在 OIST 的研究小组在《自然纳米技术(Nature Nanotechnology)》期刊上发表了一篇论文,在论文中他们制作了一个有关电子吸收光线后在半导体中如何表现的影片。Dani 教授表示:“在材料或者器件被照射光线之后,如果你可以观察到电荷是如何在其中移动的,那么你将从中学会很多。例如,你可以观察到电荷会落入陷阱。然而,因为电荷移动得非常快,以一千万亿分之一秒的时间尺度来衡量;并且穿越非常短的距离,以十亿分之一米的长度尺度来衡量;所以这些电荷难以进行可视化观测。”
   在了解到 Dani 教授的工作之后,Stranks 博士伸出援手,看看他们是否可以一起合作应对这个问题,对钙钛矿中的黑暗区域进行可视化观测。
   OIST 的团队首次对钙钛矿使用了一项称为“光激发电子显微镜(PEEM)”的技术。他们用紫外光探测材料,并用发射的电子形成一幅图像。
   观察材料时,他们发现含有陷阱的黑暗区域,长度大约是10到100纳米,由较小的原子尺寸陷阱位聚集而成。这些陷阱簇在钙钛矿材料中分布不均,从而解释了 Stranks 较早的研究中观察到的非均匀发光。
   有趣的是,当研究人员将陷阱位的图像覆盖到显示钙钛矿材料晶粒的图像上时,他们发现陷阱簇仅在特定的地方形成,即某些晶粒之间的边界上。
   
   为了理解这种现象为什么只发生在特定晶粒的边界上,研究人员小组与剑桥大学材料科学与冶金系教授 Paul Midgley 的团队合作,他采用了一项称为“扫描电子衍射”的技术,创造出了钙钛矿晶体结构的详细图像。Midgley 教授的团队利用了位于金刚石光源同步加速器 ePSIC 设施中的电子显微镜装置,该设施拥有用于成像像钙钛矿这样的光束敏感材料的专用设备。
   Stranks 研究小组的博士生、这项研究的共同领导作者 Tiarnan Doherty 表示:“因为这些材料是超级光束敏感的,你在这些长度尺度上用来探测局部晶体结构的一般技术,实际上会相当快地改变你正在观察的材料。取而代之的是,我们可以用非常低的照射剂量,从而防止损伤。”
   “我们从 OIST 的工作中知道了陷阱簇的位置,并且我们在 ePSIC 围绕着同一块区域扫描,以观察局部结构。我们能够快速地查明晶体结构中陷阱位附近的意外变化。”
   研究小组发现,陷阱簇只在材料中具有轻微扭曲结构的区域与具有原始结构的区域的结合处形成。
   Stranks 博士表示:“在钙钛矿中,我们拥有这些规则的马赛克晶粒材料,这些晶粒大多数都是又好又崭新的,这是我们所希望的结构。但是,每隔一段时间,你就会得到一个稍微形变的晶粒,这个晶粒的化学成分是不均匀的。真正有意思的,也是一开始让我们困惑的,就是形变的晶粒并没有成为陷阱,而是这个晶粒遇到原始晶粒的地方;陷阱是在那个结合处形成的。”
   通过对于陷阱本性的理解,OIST 的团队也采用了定制的 PEEM 仪器来可视化观测钙钛矿材料中载流子落入陷阱的动态过程。Dani 研究小组的博士生、这项研究的共同领导作者 Andrew Winchester 解释道:“这是可能的,因为 PEEM 的特征之一就是,可对超高速的过程进行成像,短至飞秒。我们发现,陷落的过程受到扩散到陷阱簇的载流子的控制。”
    价值 
   这些发现代表了为了把钙钛矿带向太阳能市场所取得的一项重要突破。
   Stranks 博士表示:“我们仍然无法准确地知道,为什么陷阱聚集在那里,但是我们现在知道它们确实在那里形成,并且只有那里。这非常令人振奋,因为这意味着我们现在可以知道如何有针对性地提升钙钛矿的性能。我们需要针对这些非均匀相,或者以某种方式去除这些结合处。”
   Dani 教授表示:“载流子必须首先扩散到陷阱,这一事实也为改善这些器件提出了其他方案。也许,我们可以改变或者控制这些陷阱簇的排列,而无需改变它们的平均数,这样一来,载流子就不太可能到达这些缺陷部位。”
   团队的研究集中在一种特殊的钙钛矿结构。科学家们也将研究这些陷阱簇是否在所有的钙钛矿材料中都是普遍存在的。
   Stranks 博士表示:“器件性能的大部分进展都是经过反复试错的,然而目前为止,这一直是一个低效率的过程。迄今为止,这个过程还没有真正被‘理解特定原因以及系统性针对该原因’所驱动。它是这方面最重要的突破之一,将帮助我们采用基础科学来设计更高效的器件。”
    关键字 
    参考资料 
   【1】Liu, M.Z., Johnston, M.B. and Snaith, H.J. (2013) Efficient Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells by vaPour Deposition. Nature, 501, 395-398. https://doi.org/10.1038/nature12509
   【2】Tiarnan A. S. Doherty, Andrew J. Winchester, Stuart Macpherson, Duncan N. Johnstone, Vivek Pareek, Elizabeth M. Tennyson, Sofiia Kosar, Felix U. Kosasih, Miguel Anaya, Mojtaba Abdi-Jalebi, Zahra Andaji-Garmaroudi, E Laine Wong, Julien Madéo, Yu-Hsien Chiang, Ji-Sang Park, Young-Kwang Jung, Christopher E. Petoukhoff, Giorgio Divitini, Michael K. L. Man, Caterina Ducati, Aron Walsh, Paul A. Midgley, Keshav M. Dani, Samuel D. Stranks.  Performance-limiting nanoscale trap clusters at grain junctions in halide perovskites . Nature, 2020; 580 (7803): 360 DOI: 10.1038/s41586-020-2184-1
   【3】https://www.oist.jp/news-center/press-releases/shedding-light-dark-traps

钙钛矿中缺陷研究取得新进展,新一代太阳能电池将离市场更近!

6. 钙钛矿光伏板何时问世

亲,总部位于牛津的太阳能技术公司Oxford PV日前宣布,他们的钙钛矿太阳能电池产品将在今年年底实现量产,并在2021年公开销售。这将是全球第一款公开销售的钙钛矿太阳能电池板。

Oxford PV公司在传统硅太阳能电池板中添加了一层钙钛矿材料,极大地提高了其转换效率。传统硅太阳能电池板将太阳能转换成电能的效率约为22%;而在2018年,Oxford PV研制出这款含有钙钛矿层的太阳能电池板,它的效率可以达到27.3%。钙钛矿太阳能电池板效率的提高,得益于更大比例的太阳光被吸收利用。太阳光并不是一个单色光,它覆盖了电磁波光谱中很宽的波长范围。传统太阳能电池板只能利用其中的一部分,而钙钛矿材料能利用更宽范围的电磁波,从而提高太阳能电池板的效率。在过去十年间,全球的科学家和技术人员都在竞相开发钙钛矿太阳能电池板。如果进展顺利,Oxford PV的产品将是第一款公开销售的太阳电池板。这可能为人【摘要】
钙钛矿光伏板何时问世【提问】
亲,总部位于牛津的太阳能技术公司Oxford PV日前宣布,他们的钙钛矿太阳能电池产品将在今年年底实现量产,并在2021年公开销售。这将是全球第一款公开销售的钙钛矿太阳能电池板。

Oxford PV公司在传统硅太阳能电池板中添加了一层钙钛矿材料,极大地提高了其转换效率。传统硅太阳能电池板将太阳能转换成电能的效率约为22%;而在2018年,Oxford PV研制出这款含有钙钛矿层的太阳能电池板,它的效率可以达到27.3%。钙钛矿太阳能电池板效率的提高,得益于更大比例的太阳光被吸收利用。太阳光并不是一个单色光,它覆盖了电磁波光谱中很宽的波长范围。传统太阳能电池板只能利用其中的一部分,而钙钛矿材料能利用更宽范围的电磁波,从而提高太阳能电池板的效率。在过去十年间,全球的科学家和技术人员都在竞相开发钙钛矿太阳能电池板。如果进展顺利,Oxford PV的产品将是第一款公开销售的太阳电池板。这可能为人【回答】

7. 零基础如何着手研究钙钛矿太阳能电池?

武汉理工大学获悉,程一兵专家团队在两项钙钛矿太阳能电池组件制备技术方面取得突破,达到国际上同类产品的最高光电转换效率。武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室彭勇教授介绍说,程一兵团队研制开发的5cmx5cm塑料基板柔性钙钛矿太阳能电池组件,8月8日在国家光伏质量监督检验中心通过第三方权威机构认证,获得组件光电转换效率11.4%的结果,超过日本东芝公司于9月25日宣布的5cmx5cm柔性钙钛矿太阳能电池组件10.5%的光电转换效率。程一兵团队在10cmx10cm玻璃基板钙钛矿太阳能电池组件制备技术也取得突破,经国家光伏质量监督检验中心验证,其相关组件光电转换效率为13.98%,在国际上经过验证的同类产品中位居效率首位。钙钛矿太阳能电池是《科学》杂志评选的2013年度十大科技突破之一,是一种有望进一步降低光伏发电价格的新型光伏体系。钙钛矿太阳能电池组件的研制成功是钙钛矿太阳能电池的市场化应用前提条件之一。

零基础如何着手研究钙钛矿太阳能电池?

8. 三家钙钛矿光伏核心龙头

您好[心]~很高兴为您解答,三家钙钛矿光伏核心龙头为:一、京山轻机公司目前针对钙钛矿设备业务主要着重在钙钛矿前段的镀膜设备;公司已有部分钙钛矿电池设备出货,并在积极布局其他钙钛矿电池设备并进行了相应的技术储备。目前公司已与行业多家钙钛矿电池企业进行了业务联系和合作,并有产品应用于多个客户端。【摘要】
三家钙钛矿光伏核心龙头【提问】
您好[心]~很高兴为您解答,三家钙钛矿光伏核心龙头为:一、京山轻机公司目前针对钙钛矿设备业务主要着重在钙钛矿前段的镀膜设备;公司已有部分钙钛矿电池设备出货,并在积极布局其他钙钛矿电池设备并进行了相应的技术储备。目前公司已与行业多家钙钛矿电池企业进行了业务联系和合作,并有产品应用于多个客户端。【回答】
这不才一家吗?那两家呢?叫啥?【提问】
二、杭萧钢构子公司合特光电计划2022年底投产首条晶硅薄膜+钙钛矿叠层电池中试线,电池的生产设备是根据自主设计的生产工艺,规划产能为100MW,目标转化效率为28%以上。三、金晶科技月初,金晶科技发布公告:公司TCO导电膜玻璃定位于碲化镉、钙钛矿电池等行业上游,公司TCO导电膜玻璃已经成功下线,并且与国内部分碲化镉、钙钛矿电池企业建立业务关系,得到认可开始供货。【回答】