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2020-02-29 08:46:26

日本的NEDO和松下为最大面积的钙钛矿太阳能电池组件达成全球最高的16.09%转换效率

本川崎和日本大阪--( BUSINESS WIRE )--(美国商业资讯)--经由开发采用玻璃基板的轻型技术及喷墨列印式的大面积涂覆方法,松下公司(Panasonic Corporation)已达成全球最高的钙钛矿太阳能组件(孔径面积802 cm 2:长30 cm x宽30 cm x 2 mm厚)能量转换效率(16.09%)。此为日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)专案中的一部分,而NEDO正致力于「技术开发以降低高效能和高可靠性太阳能发电的发电成本」,以促进太阳能发电的广泛普及。

这种可以覆盖大面积的喷墨式涂覆方法能降低元件的制造成本。此外,这种大面积、轻量型、高转换效率的元件可以在立面等难以安装传统太阳能板的位置上创造高效率的太阳能发电。

展望未来,NEDO和松下将继续改进钙钛矿层材料,以达到媲美晶矽太阳能电池的高效率,并创建在新市场中实际应用的技术。

1.背景

全球应用最广泛的晶矽太阳能电池已在日本的兆瓦级大型太阳能、住宅、工厂和公共设施等领域发现市场。为进一步打入这些市场并获得新市场,打造更轻、更大的太阳能元件至关重要。

钙钛矿太阳能电池*1具有结构优势,因为其包含发电层在内的厚度仅为晶矽太阳能电池的百分之一,因此钙钛矿元件的重量能够比晶矽元件轻。轻盈的特性使各种安装方式得以成为可能,例如使用透明导电电极安装在立面和窗户上,这种方式有助于净零能耗建筑(ZEB *2 )的广泛普及。此外,由于每一层都可以直接涂覆在基板上,与传统的制程技术相比,它们的生产可以更便宜。这正是钙钛矿太阳能电池被视为下一代太阳能电池而受到瞩目的原因。

另一方面,尽管钙钛矿技术达成可与晶矽太阳能电池相比的25.2% *3功率转换效率,但是在小型电池中,以传统技术很难在整个大面积上均匀地摆列材料。因此,功率转换效率往往会下降。

在此背景下,NEDO正在从事「技术开发以降低高效能和高可靠性太阳能发电的发电成本」*4专案,以促进太阳能发电的进一步普及。作为该专案的一部分,松下开发了采用玻璃基板的轻型技术及喷墨法式的大面积涂覆方法,该方法包括将油墨生产和调整应用于钙钛矿太阳能电池组件的基板。透过这些技术,松下已为钙钛矿型太阳能电池组件(孔径面积802 cm 2:长30 cm x宽30 cm x宽2 mm)达成全球最高的16.09% *5功率转换效率。

此外,在制造过程中采用喷墨法的大面积涂敷法也有助于降低成本,而且该组件的大面积、轻量化、高转换效率特性,使得立面等传统太阳能电池板难以安装的场所也能进行高效率太阳能发电。

经由改进钙钛矿层材料,松下的目标是达成可与晶矽太阳能电池相比的高效率,并创建在新市场中实际应用的技术。

2.成果

聚焦于能够精确、均匀地涂覆原材料的喷墨涂覆法,松下将该技术应用于太阳能电池的每一层,包括玻璃基板上的钙钛矿层,并实现了大面积组件的高功率转换效率。

[技术开发要点]

(1)改进钙钛矿前驱物的成分,以适用于喷墨涂覆

在形成钙钛矿晶体的原子团中,甲胺在元件生产过程的加热过程中出现热稳定性问题(甲胺由于受热而从钙钛矿晶体中被去除,进而破坏晶体的某些部分)。经由将甲胺的某些部分转变为具有适当原子直径大小的甲脒氢、铯、铷,他们发现该方法对于晶体稳定是有效的,且有助于高功率转换效率。

(2)控制钙钛矿油墨的浓度、涂覆量和涂覆速度

在利用喷墨涂覆法的薄膜形成制程中,图案涂覆具有灵活性,同时材料的点图案形成和每层表面上的结晶均匀性不可或缺。为满足这些要求,他们将钙钛矿油墨的浓度调整到一定含量,并精确控制列印过程中的涂覆量和速度,进而实现了大面积元件的高功率转换效率。

透过在每层的形成中使用涂覆制程来使这些技术最佳化,松下成功地促进晶体生长,并提高厚度和晶体层的均匀性。结果,他们达成16.09%的功率转换效率,并向实际应用迈进一步。

3.后续计画

经由实现大面积钙钛矿元件的更低制程成本和更轻的重量,NEDO和松下公司将计画开辟从未安装和采用太阳能电池的新市场。依据与钙钛矿太阳能电池相关的各种材料的开发,NEDO和松下的目标是达到可与晶矽太阳能电池相比的高效率,并努力将生产成本降至15日圆/瓦。

这些结果已在筑波国际会议场(Tsukuba International Conference Center)举行的钙钛矿、有机太阳能和光电电子亚太国际会议(IPEROP20)上发表。

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