2018年，無論是裝機(jī)量還是發(fā)電量，太陽能發(fā)電在全球取得了長足的進(jìn)步。而在決定未來的電池效率方面，也取得了令人矚目的成績。下面OFweek太陽能光伏網(wǎng)將盤點(diǎn)2018年太陽能電池十大效率突破。
NO.1 有機(jī)柔性光伏電池效率破記錄，達(dá)7.4%
2018年6月，希臘有機(jī)電子技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)(OET)稱，其研發(fā)的完全卷對卷印刷聚合物基單結(jié)有機(jī)光伏(OPV)電池創(chuàng)造了新效率紀(jì)錄，為7.4%。
據(jù)了解，OET研發(fā)的OPV效率從最初的1.8%，已經(jīng)提升到目前的7.4%，性能明顯提高，公司計(jì)劃到2021年實(shí)現(xiàn)OPV電池9%的效率，并表示正在努力實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
該公司在一份聲明中表示：“針對2021年的各種示范項(xiàng)目，OPV發(fā)電效率新結(jié)果可以支持每年面積達(dá)100萬平方米的批量生產(chǎn)。”
據(jù)了解。全面印刷的OPV面板寬度可達(dá)1米，形狀各異。靈活的OPV電池可以連接到一系列平面和曲面，從而改善消費(fèi)產(chǎn)品形態(tài)，應(yīng)用領(lǐng)域從照明，顯示器擴(kuò)展到電子電路，生物傳感器，可穿戴設(shè)備，IT和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等。
編輯點(diǎn)評：
盡管這類單結(jié)有機(jī)光伏電池的效率很低，但是其勝在成本低廉，而且可以達(dá)到的面積其他光伏電池難以企及。與其他還處在實(shí)驗(yàn)室的電池相比，該類電池其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，而且已經(jīng)開始商業(yè)化應(yīng)用，隨著效率的提升，這類電池也許未來能夠獲得長效發(fā)展。
NO.2 高達(dá)17.3%!南開大學(xué)團(tuán)隊(duì)刷新有機(jī)太陽能電池效率世界紀(jì)錄
8月，南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)在有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域研究中獲突破性進(jìn)展。他們設(shè)計(jì)和制備的疊層有機(jī)太陽能電池材料和器件，實(shí)現(xiàn)了17.3%的光電轉(zhuǎn)化效率，刷新了世界紀(jì)錄。
相比硅基無機(jī)太陽能電池，有機(jī)太陽能電池可以彎曲，并且足夠薄，可在建筑物或服裝內(nèi)彎曲和扭曲，并可以制成任何顏色，甚至透明，從而與周圍環(huán)境相匹配。
但是較低的光電轉(zhuǎn)化效率阻礙了有機(jī)太陽能電池的發(fā)展，近幾年，有機(jī)太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率一直在11%到12%左右徘徊。
南開大學(xué)所設(shè)計(jì)的疊層有機(jī)太陽能電池不但效率出眾，而且穩(wěn)定性優(yōu)異，在經(jīng)過166天連續(xù)測試后，性能損失僅為4%。這一最新成果讓有機(jī)太陽能電池距離產(chǎn)業(yè)化更近一步。
而根據(jù)陳永勝教授預(yù)測，有機(jī)太陽能電池(墊層)的最高轉(zhuǎn)化效率理論上可以達(dá)到20%以上。
編輯點(diǎn)評：
有機(jī)太陽能電池一直是行業(yè)內(nèi)不大受待見的一個(gè)方向，但是南開大學(xué)的這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果或?qū)⒏淖冞@種局面。這類電池最大的優(yōu)勢在于成本低廉，而且柔性的特質(zhì)使得這類電池可以應(yīng)用到建筑等多種場景中，一旦未來其量產(chǎn)化效率也達(dá)到17%以上，那有機(jī)太陽能電池有望迎來市場化應(yīng)用。
NO.3 高達(dá)23.95%、22.04%!晶科能源獨(dú)領(lǐng)P型單多晶電池世界紀(jì)錄
2018年5月，晶科能源宣布，公司高效P型單晶電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23.95%，再破世界紀(jì)錄。這一效率紀(jì)錄獲得中國科學(xué)院太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)質(zhì)量檢測中心的測試認(rèn)可。
據(jù)了解，該高效電池技術(shù)應(yīng)用晶科自主研發(fā)的高摻雜低缺陷P型單晶硅片，結(jié)合在選擇性發(fā)射極(SE)、氧化硅鈍化層、背鈍化等全方位的工藝優(yōu)化，達(dá)到23.95%的高轉(zhuǎn)化效率。晶科能源特有的黑硅陷光技術(shù)和多層減反ARC技術(shù)，使電池片正面反射率達(dá)到了0.5%以下，最大程度地保證了短路電流的穩(wěn)步增長。金屬化方面，該高效電池在使用先進(jìn)電極設(shè)計(jì)的同時(shí)，優(yōu)選新型絲網(wǎng)印刷漿料，降低串聯(lián)電阻和金屬/硅界面復(fù)合幾率，顯著提升電池填充因子。
在此之前，P型單晶電池轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄為晶科保持的23.45%。而不僅在單晶領(lǐng)域，晶科在今年10月也打破了P型多晶太陽能電池轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄(22.04%)。該電池采用了高質(zhì)量工業(yè)級硼摻雜多晶硅片，將陷光、鈍化技術(shù)及抗光衰等先進(jìn)技術(shù)統(tǒng)一集成在PERC技術(shù)框架下，電池效率達(dá)到了22.04%。結(jié)果獲得德國弗勞恩霍夫(Fraunhofer ISE)太陽能系統(tǒng)研究所下屬的檢測實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證。
編輯點(diǎn)評：
獨(dú)領(lǐng)單多晶兩項(xiàng)電池效率紀(jì)錄，晶科能源不僅僅只是一個(gè)組件供應(yīng)商，他們強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力彰顯無遺。而對于已經(jīng)穩(wěn)居組件供應(yīng)商龍頭地位的晶科來說，新型電池的投產(chǎn)以及產(chǎn)線的適配將使得新電池以最快的速度量產(chǎn)。而一旦量產(chǎn)，其產(chǎn)品的競爭力將獲得提升，同時(shí)給行業(yè)帶來很大的改變。
NO.4 美高校研制雙層薄膜太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率22.4%創(chuàng)紀(jì)錄
2018年9月，美國加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校等機(jī)構(gòu)的研究人員開發(fā)出一種新型薄膜太陽能電池，其雙層設(shè)計(jì)大大提高了光電轉(zhuǎn)換效率，高達(dá)22.4%，創(chuàng)造了同類太陽能電池新紀(jì)錄。已得到美國能源部下屬國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室確認(rèn)。
據(jù)了解，這種雙層串聯(lián)結(jié)構(gòu)的太陽能電池，上層噴涂了1微米厚的鈣鈦礦，有助于高效捕捉太陽能，底層是厚約1微米的銅銦鎵硒薄膜(CIGS)電池。薄膜電池表面經(jīng)過納米級的加工，再加上聚合有機(jī)物空穴傳輸層。這種設(shè)計(jì)可以讓電池產(chǎn)生更高的電壓，從而增加輸出功率。整個(gè)組件安裝在厚約2毫米的玻璃基板上。
這項(xiàng)技術(shù)使CIGS太陽能電池的性能提高了近20%，也意味著能源成本降低了20%。研究團(tuán)隊(duì)的下一個(gè)目標(biāo)是將電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高至30%。
編輯點(diǎn)評：
這種雙層薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)與硅-鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)有異曲同工之妙，而其未來的發(fā)展?jié)摿σ沧屓诵纳蛲?。這種設(shè)計(jì)對于鈣鈦礦及薄膜電池的未來發(fā)展都極具開創(chuàng)意義。但是值得憂慮的是，兩種薄膜電池以及雙層的設(shè)計(jì)其工藝復(fù)雜，有可能在未來的商業(yè)化應(yīng)用中遇到困難。
NO.5 松下HIT電池效率達(dá)到24.7%，打破大面積晶硅電池效率記錄
2018年2月，松下研發(fā)出了效率高達(dá)24.7%的太陽能電池，該結(jié)果經(jīng)過日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的證實(shí)。松下聲明稱這是實(shí)用面積(100 cm2以上)晶硅太陽能電池的世界最高效率。
松下此次公布的電池效率較此前的數(shù)據(jù)提高了0.8%。該電池仍采用其HIT技術(shù)，面積為101.8cm2，電池厚度98 μm，開路電壓0.75V，短路電流4.02A(39.5 mA/cm2)，填充因子83.2%。
松下在聲明中指出，為提高電池效率，公司主要在減少復(fù)合損失，減少吸光損失和減少電阻損失三方面入手。HIT電池通過其高質(zhì)量的非晶硅薄層減少表面復(fù)合損失，而此次松下進(jìn)一步提高了非晶硅薄膜的品質(zhì)，減少了生長工藝對基材的損傷，這使得電池開路電壓從0.748V提高到0.75V。同時(shí)松下通過減少透明導(dǎo)電層和非晶硅層的透光度增加了電池對光的吸收，將短路電流從 38.9 mA/cm2 提高到 39.5 mA/cm2。最后通過提高電極高寬比提高填充因子。
據(jù)了解，新的HIT電池不但效率更高，同時(shí)厚度僅為98 μm，這充分展示了這款電池在降低成本方面的潛能。
編輯點(diǎn)評：
PERC之后，以HIT為代表的異質(zhì)結(jié)電池成為了當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)的大熱。異質(zhì)結(jié)電池在今年的領(lǐng)跑者項(xiàng)目中也大放光彩，有望成為未來2-3年最火的太陽能光伏技術(shù)。而我國也在今年新建了多條異質(zhì)結(jié)電池產(chǎn)線，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?/div>
NO.6 天合光能IBC電池效率達(dá)到25.04% 再創(chuàng)新高
2018年2月，天合光能光伏科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宣布，其自主研發(fā)的6英寸面積(243.18cm2)N型單晶全背電極太陽電池(IBC)效率高達(dá)25.04%(全面積)，其中電池開路電壓高達(dá)715.6mV。測試結(jié)果已經(jīng)過權(quán)威測試機(jī)構(gòu)日本電氣安全與環(huán)境技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(JET)獨(dú)立測試認(rèn)證。
IBC電池(InterdigitatedBackContact，交叉指狀背接觸)因其全背電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而得名，在其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，導(dǎo)出電流的正、負(fù)電極金屬化柵線設(shè)計(jì)在太陽電池的背面，是目前商品化晶體硅電池中難度最高的技術(shù)，標(biāo)志著晶體硅研發(fā)制造技術(shù)的最高水平。同時(shí)，IBC電池由于正面沒有任何電極，具有外形美觀等優(yōu)勢，尤其適合光伏建筑一體化，其針對高端應(yīng)用場景，具有突出的商業(yè)化前景。
編輯點(diǎn)評：
IBC電池以其高效的特性已經(jīng)引起了行業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注，而天合光能正式IBC電池最早的推行者，在這領(lǐng)域保持了多年的世界紀(jì)錄。目前市面上已經(jīng)有多款疊加IBC、雙面、PERC技術(shù)的組件發(fā)行，未來IBC電池將越來越頻繁出現(xiàn)在行業(yè)人士的眼前。
NO.7 牛津光伏鈣鈦礦硅太陽能電池的效率達(dá)到28%
2018年12月，英國鈣鈦礦研發(fā)公司-牛津光伏太陽能公司表示，他們在perovskite-silicon串聯(lián)太陽能電池上取得了28%的效率，打破了自己保持的世界紀(jì)錄。
幾個(gè)月前，該公司的鈣鈦礦硅太陽能電池效率就達(dá)到了27.3%，當(dāng)時(shí)該公司稱這是歷史最高水平。最新的成果是使用了1平方厘米的鈣鈦礦硅串聯(lián)太陽能電池，并獲得了美國科羅拉多州國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的認(rèn)證。
首席技術(shù)官表示將繼續(xù)推進(jìn)鈣鈦礦-硅太陽能電池技術(shù)，并制定了一個(gè)超過30%效率的路線圖。
據(jù)了解，Oxford PV在德國有一條工業(yè)試驗(yàn)生產(chǎn)線，已經(jīng)在生產(chǎn)商用尺寸的156mm x156mm光伏電池，供其開發(fā)伙伴驗(yàn)證。該公司正致力于將鈣鈦礦-硅串聯(lián)太陽能電池技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到大批量生產(chǎn)。
編輯點(diǎn)評：
一直以來，大多數(shù)人的眼光都放在了分別提高硅太陽能電池、鈣鈦礦電池效率之上，卻很少有人想到將兩種材料集合到同一個(gè)電池里面，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，英國的這家公司做到了，而且取得了優(yōu)異的成績。這對所有的業(yè)內(nèi)研究人員都是一個(gè)可以借鑒的方案與方向，而未來如果這種設(shè)計(jì)的電池能夠?qū)崿F(xiàn)30%的轉(zhuǎn)換效率，那或可以取代當(dāng)前的硅太陽能電池。
NO.8 一年兩次刷新紀(jì)錄 漢能砷化鎵薄膜單結(jié)電池效率達(dá)29.1%
2018年11月，經(jīng)德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所(FraunhoferISE)認(rèn)證，漢能Alta高端裝備集團(tuán) (以下簡稱“Alta”)的砷化鎵薄膜單結(jié)電池轉(zhuǎn)化效率達(dá)到29.1%，刷新世界紀(jì)錄。
這是漢能Alta今年第二次刷新砷化鎵薄膜單結(jié)電池轉(zhuǎn)化效率世界紀(jì)錄。2018年2月份，漢能Alta將砷化鎵薄膜單結(jié)電池轉(zhuǎn)化效率刷新為28.9%。
此外，漢能也同時(shí)保持著砷化鎵薄膜單結(jié)電池組件的世界效率紀(jì)錄(25.1%)。
作為全球薄膜光伏產(chǎn)業(yè)的“獨(dú)角獸”，漢能在電池技術(shù)方面引領(lǐng)全球。不僅在砷化鎵薄膜電池領(lǐng)域行業(yè)領(lǐng)先，其在銅銦鎵硒薄膜電池也保持著多項(xiàng)世界紀(jì)錄。
編輯點(diǎn)評：
漢能在薄膜領(lǐng)域的實(shí)力毋庸置疑，在強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力基礎(chǔ)上，漢能對薄膜產(chǎn)品的推廣作出了極大的貢獻(xiàn)，2018年陸續(xù)發(fā)布了新型漢瓦、漢傘、漢墻等顛覆人們認(rèn)識的“黑科技”產(chǎn)品。據(jù)了解，截止2018年10月中旬，漢能全球累計(jì)專利申請超過7800件，全球累計(jì)授權(quán)專利超過1700件，平均每天超30件申請。在未來的時(shí)間里，我們也期望漢能可以給世界帶來更多的驚喜。
NO.9 太陽能電池效率達(dá)37.75%創(chuàng)新紀(jì)錄
今年4月，總部位于美國伊利諾斯州的Microlink Devices公司宣布，其三結(jié)外延剝離技術(shù)(ELO)太陽能電池薄板轉(zhuǎn)換效率達(dá)到37.75%，創(chuàng)下新的太陽能電池效率紀(jì)錄。
據(jù)了解，這款電池不但轉(zhuǎn)換效率創(chuàng)造了15.24厘米(6英寸)GaAs基三結(jié)ELO太陽能電池的最高紀(jì)錄，而且其超過3000瓦/千克的密度也讓所有太陽能電池望塵莫及。
這款輕質(zhì)電池主要設(shè)計(jì)用于衛(wèi)星和無人機(jī)，其效率紀(jì)錄獲得美國能源部國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的正式認(rèn)證，并順利通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AM1.5G的測試。
據(jù)了解，Microlink的ELO生產(chǎn)工藝涉及從砷化鎵襯底剝離薄活性電池層，并結(jié)合多結(jié)技術(shù)，集成三個(gè)或更多由NREL開發(fā)的半導(dǎo)體層，從而實(shí)現(xiàn)更高的電池轉(zhuǎn)換效率。
目前該款電池雖然轉(zhuǎn)化效率超高，但是也面臨成本高昂的困境。
編輯點(diǎn)評：
這款電池的超高效率讓人看到了太陽能電池未來的光明前景。但是美中不足的是高昂的制作成本難以下降，使得這款電池只能應(yīng)用在一些特殊的領(lǐng)域而無法推廣。未來如果這款電池能夠?qū)⒊杀鞠陆?，那獲將引起太陽能光伏行業(yè)的一場變革。
NO.10 超過40%!Fraunhofer ISE創(chuàng)造太陽能電池效率新紀(jì)錄
2018年11月，德國Fraunhofer太陽能研究所(ISE)與歐盟資助的CPVMatch項(xiàng)目合作，創(chuàng)造了太陽能電池組件光電轉(zhuǎn)化效率高達(dá)41.4%的記錄。
該光伏組件的面積為122cm2，采用多結(jié)疊層太陽能電池的設(shè)計(jì)，堆疊多層的電池活性材料以吸收太陽光譜中不同的波長。Fraunhofer沒有具體說明這個(gè)破紀(jì)錄的組件所采用的電池材料，但指出它們基于III-V族化合物半導(dǎo)體材料。
此組件依賴聚光光伏發(fā)電(CPV)技術(shù)——太陽光透過一個(gè)菲涅耳透鏡匯聚到光伏電池上并直接轉(zhuǎn)化為電能。研究團(tuán)隊(duì)表示通過在組件中使用消色差透鏡進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)換效率，事實(shí)證明，這項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)非常高的效率水平，但由于其性能僅局限于具備高度太陽直接輻射的區(qū)域，迄今為止幾乎還沒有商業(yè)應(yīng)用。
編輯點(diǎn)評：
通過聚光光伏發(fā)電(CPV)技術(shù)，光伏發(fā)電的效率來到了一個(gè)新高點(diǎn)。但是其對環(huán)境的高要求使得該技術(shù)一直沒有得到商業(yè)應(yīng)用。無論如何，超高的效率紀(jì)錄讓人看到了太陽能發(fā)電光明的未來前景，未來隨著技術(shù)的改進(jìn)，這一技術(shù)或許能夠給全球帶來翻天覆地的變化。
