技术创新是任何产业发展的原生动力,光伏也不例外。在光伏电价接近平价上网之际,行业在新技术路线的竞争呈加速状态。2017年下半年,轻薄、价低的钙钛矿太阳能电池异军突起,其商业价值日益受到广泛关注,为行业发展提供了新的方向。
“钙钛矿技术是更新换代的技术,具有通用性及重要现实应用价值。”协鑫中央研究院副总工程师范斌在接受记者采访时表示。那么,作为最具前景的光伏技术路线,我国钙钛矿技术现状如何?距离业内期盼的产业化之路到底还有多远?
未来新材料——成本更低
钙钛矿太阳能电池是一种由人工合成的新型薄膜太阳能电池,具有廉价、柔韧性、重量轻等特点。和硅材料相同,钙钛矿属于半导体,但具有更为优异的吸光性,其特质被光伏行业“降本增效”寄于厚望。
“和传统光伏材料相比,原材料成本有大幅下降,合成成本仅为传统电池的1/20。”杭州纤纳光电科技有限公司(下称“纤纳光电”)创始人之一、执行董事长兼总经理姚冀众介绍。
以钙钛矿为原料制造的太阳能电池可以将大约1/4的太阳光直接转化为电力。对于等量的电力需求来说,所需原料也远少于其他材料,安装成本更低。
研究表明,钙钛矿电池对光的吸收能力是传统太阳能电池材料的100倍,因此钙钛矿电池只需使用1/100的厚度,即可产生相同的能量输出,相应减少了所需材料数量;且产生的电压更高,还能增加能量产出。
从转化率方面来看,钙钛矿也具有明显优势。以目前备受瞩目的多晶硅为例:1985年,多晶硅太阳能电池的实验室转化率为15%左右,在2004年达到20.4%;而后其转化率虽略有提升,但微乎甚微。在早期较快速发展的20年间,其转化率也仅提高了5%。
反观钙钛矿太阳能电池,其技术在学术界研究始于2009年,目前实验室小面积器件(面积大小在几平方毫米)效率在22-23%以上,其效率提升速度碾压传统硅、碲化镉和铜铟镓硒等第一第二代光伏材料成为新原料黑马,被姚冀众称为“第三代光伏材料”;范斌也用“尼龙”这种物美价廉的人造材料比喻钙钛矿,他认为如同尼龙取代棉一样,钙钛矿终究会登上广阔的舞台。
“目前光伏发电成本已有大幅度下降,但相对于传统能源,其成本依旧较高。因此成本仍然是限制其大规模使用的主因。”姚冀众说,“钙钛矿这种新型廉价人工材料不仅节约了原材料成本,在工艺方面我们也做了创新,由传统高温锻造结晶工艺转变为溶液打印的方法,进一步使成本缩减。未来,其发电成本甚至可以低于传统煤电电价。”
可以看出,降低成本仍然是光伏产业进一步发展的重要标志,为尽快达成“低成本”、“平价化”的业内共同目标,钙钛矿技术无疑为此提供了一条新路径。在可预见的未来内,钙钛矿技术上升空间广阔。
有研究表明,将钙钛矿稍作人工改变就能有效地将不同波长的太阳光转化为电力,可借此制造带有不同层的太阳能电池,每层可吸收不同波长的太阳光,进一步提升能效。
纤纳光电另一创始人颜步一表示:“钙钛矿的核心竞争力十分明显,材料成本低、生产过程环保低能耗、转换效率可与现有成熟技术大致持平,应用场景广泛。而且其制造成本、制备过程和转化效率上都有着较为明显的创新优势。所以,从光伏行业产业化角度来看,其潜力不可小觑。”