双结电池,光伏巨头们正在全力比拼的未来?
人无远虑,必有近忧。当下光伏企业们除了拼成本、拼技术、拼市场、拼产业链以外,也在拼未来。现在行业正处在从P型电池向N型电池的变革中。N型电池的三条技术路线TOPCon、HJT、IBC各有所长,都是企业研发的重点方向。这样看起来,似乎下一代光伏技术的未来非常明确。
但是,隆基李振国认为:不论是现在风头正劲的TOPCon,还是隆基绿能自己主打的HPBC,都只是过渡性技术路线,不是隆基绿能的终极目标。
那么,隆基绿能在光伏技术上的杀手锏,有可能是双结光伏电池吗?
单结晶硅电池正在接近极限效率,全行业大战TOPCon,各家之间转化效率差不多,同质化相当严重,降本将是关键。
但是,光伏电池的想象空间仍然很大,未来要想突破当下的范式牢笼,很有可能会是双结电池甚至多结电池。
01
双结电池实验室效率,已达33.2%
可能很多人对双结电池感觉很陌生。其实,HJT和钙钛矿组合而成的叠层电池,就是最熟悉的双结电池。
如果不考虑成本,只考虑冲刺实验室数据的话,光伏电池的“结”数,理论上可以有很多,转化效率的天花板也很难摸到。
六结太阳能电池的发明者科学家John Geisz(左)和Ryan France
早在2020年4月,美国国家可再生能源实验室 (NREL) 的科学家们就创造了一种六结太阳能电池,转化效率高达 47.1%,这是迄今为止的光伏电池最高纪录。
光伏电池核心结构为PN结和电极。PN结是半导体的空间电荷区。采用不同的掺杂工艺,通过扩散作用,将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体(通常是硅或锗)基片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。PN结上可以产生电流。
单结电池就是只有一个PN结,双结电池就是有两个PN结。
双结电池有两个吸光层,每个吸光层可以对特定波长的光进行吸收,提高电池的全光谱光学吸收,从而提升电池转换效率
我们都知道单结晶硅电池的效率极限是28.7%。但是近两年世界各地的知名实验室多次爆出电池转换效率超过30%的新闻。其中包括:
2021年,美国能源部国家可再生能源实验室 (NREL) 和新南威尔士大学的研究人员创造了一种具有两个吸光层的电池,可以把32.9% 的阳光转变成电。2022年9月,荷兰应用科学研究组织(TNO)、代尔夫特理工大学、埃因霍温理工大学和比利时研究机构Imec将半透明钙钛矿太阳能电池与晶体硅相结合,实现了30.1% 的功率转换效率。该电池也是四端串联配置的太阳能电池。今年4月,阿卜杜拉国王科技大学 (KAUST) 的研究人员开发出一种新型太阳能电池,创下33.2% 的功率转换效率。双面串联太阳能电池在顶部有钙钛矿电池,在底部有纹理硅。
由KAUST开发的新型破钙钛矿叠层太阳能电池
其实,这些高转换效率的电池都是双结光伏电池。它们已经远高于单结电池的转换效率的极限。
国外实验室屡创纪录,占据全球光伏市场垄断地位的中国企业,自然也不会忽视这个新的技术方向。
02
理论效率超40%,龙头企业均已布局
在去年隆基绿能HPBC电池创下26.81%的世界纪录时,李振国在接受媒体采访时就提到:“未来5-10年内,双结电池也有开发空间,有可能达到40%的实验转换效率,30%-35%的量产效率”。李振国表示,隆基在双结电池方向已经取得了一些进展,会择机公开。李振国也强调:“双结电池产业化发展需要的时间较长,不是三五年可以解决的”。
虽然隆基对双结电池的产业化的时间预期较远,但是这并不会妨碍当下光伏企业们对双结电池的展望。
其中,最积极的当属光伏组件黑马——一道新能源。
5月19日,一道新能源与澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)签署联合研发战略合作协议,共同启动大于35%效率SFOS超高效新型太阳电池研发。其结构是以一道新能高效硅电池作为平台电池,并在电池表面叠加具有单重态裂变特性的新型光电转换薄膜材料,形成激子倍增生成过程,使太阳电池的量子效率超过100%。SFOS理论最高效率可以超过40%。SFOS电池具有成本低、效率高的优点,符合光伏作为能源电力产品应具有高性价比的第一性原理。
新南威尔士大学对关注光伏的人来说很熟悉,它是前首富施正荣博士、一道新能首席技术官宋登元博士的母校。
已经在TOPCon上取得压倒性优势的晶科能源在2022年年报中提到,“积极探寻未来钙钛矿与叠层电池产业化导入机会、30%以上效率的电池产品开发应用”。
现在,有企业在这方面已经做出一些成绩。
天合光能在2022年年报中披露:公司聚焦高效钙钛矿/晶硅叠层电池技术的研究,已取得了一定的研究成果,经国际权威认证机构第三方测试:2022年7月,小面积钙钛矿/晶体硅两端叠层太阳能电池实验室效率达到27.9%,实验室技术研发水平处于国内领先地位,入选2022太阳电池中国最高效率;2022年12月,效率已提升至29.2%。
通威股份的研发方向不仅是硅料,在电池领域同样发力迅猛:在2022年,通威同步推进全背接触电池、钙钛矿/硅叠层电池等前沿技术方面的研发,均取得积极进展。其中,钙钛矿/硅叠层实验室已于报告期内投入使用,小尺寸钙钛矿/晶硅叠层电池实验室第三方认证效率已经实现27.19%。
即使向来低调的晶澳科技,也公开披露:在2022年报告期内,公司已开展对全背接触电池、钙钛矿及叠层电池技术的研发。
后记
国内企业在双结光伏电池研发上完全一致,这充分说明,双结甚至多结叠层电池,已经是行业共识。在大家共同努力下,双结电池不会太遥远,也许只要三五年时间。
上一轮的技术变局中,隆基依靠单晶、金刚线两大技术修成光伏一哥;现在的双结电池的技术路线,看起来更像是一个共同目标、是明牌。未来这三五年,谁又能杀出重围,并以此成为新的王者呢?
END
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原文标题 : 双结电池,光伏巨头们正在全力比拼的未来?
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