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#光伏30個內(nèi)容

#零碳建筑71個內(nèi)容

介紹建筑領(lǐng)域碳中和的實施路徑，科普零碳建筑、被動式超低能耗建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、政策和技術(shù)策略

公眾號

氣候變化使清潔能源、全電動的未來成為全球的當(dāng)務(wù)之急。我們的硅基鈣鈦礦太陽能電池以低成本提供高效率——對于太陽能替代化石燃料、滿足不斷增長的能源需求并最終為全電力世界提供動力至關(guān)重要。

今天，主流太陽能技術(shù)——晶硅——正在達到其實用和經(jīng)濟的光伏效率極限。我們現(xiàn)在看到了鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)將使硅太陽能電池和組件制造商突破性能障礙。顯著提高硅光伏的性能將降低成本，從而改變經(jīng)濟并加速全球太陽能的增長。

為什么是鈣鈦礦光伏？

因為鈣鈦礦光伏技術(shù)：

還因為它：

牛津光伏創(chuàng)造鈣鈦礦太陽能電池的世界紀(jì)錄：他們的鈣鈦礦-硅太陽能電池已達到 29.52% 的認(rèn)證轉(zhuǎn)換效率。這超過了有史以來性能最高的單結(jié)硅太陽能電池——驗證了鈣鈦礦提高硅基光伏性能的能力。

什么是鈣鈦礦太陽能電池？

鈣鈦礦是一系列具有特定晶體結(jié)構(gòu)的材料，以具有該結(jié)構(gòu)的礦物命名。當(dāng)用于制造太陽能電池時，它們已顯示出高性能和低生產(chǎn)成本的潛力。

近年來，鈣鈦礦太陽能電池取得了顯著進步，轉(zhuǎn)換效率迅速提高，從 2006 年報道的約 3% 到今天的25% 以上。雖然鈣鈦礦太陽能電池在很短的時間內(nèi)變得高效，但在它們成為具有競爭力的商業(yè)技術(shù)之前仍然存在許多挑戰(zhàn)。

最近關(guān)于鈣鈦礦太陽能電池的大部分工作都以基于甲基銨鹵化鉛的吸收材料為主。盡管鈣鈦礦材料已經(jīng)研究了一個多世紀(jì)，但對用于半導(dǎo)體應(yīng)用的甲基銨鹵化鉛的初步研究是在過去二十年開始的。鈣鈦礦吸收劑在太陽能電池中的首次應(yīng)用發(fā)生在 2006 年，并于 2009 年發(fā)表。然而，這些電池效率不高（低于 4%）并且不穩(wěn)定，因為它們依賴腐蝕性液相，緩慢破壞內(nèi)部的其他層。裝置。到 2012 年，液相組件已被固態(tài)觸點取代，效率提高到 10%。通過對新材料、新器件架構(gòu)、

SETO 已經(jīng)確定了鈣鈦礦技術(shù)要在商業(yè)上取得成功必須同時解決的四個主要挑戰(zhàn)。每項挑戰(zhàn)都代表一組獨特的障礙，需要實現(xiàn)特定的技術(shù)和商業(yè)目標(biāo)。該辦公室正在通過SETO 2020和SETO FY20 PVSK資助計劃以及鈣鈦礦創(chuàng)業(yè)獎支持解決這些挑戰(zhàn)的項目。

基本挑戰(zhàn)框架如下所示，包括解決每個挑戰(zhàn)的先前和當(dāng)前項目努力的示例。

優(yōu)先事項一——電源轉(zhuǎn)換效率：鈣鈦礦器件在電源轉(zhuǎn)換效率方面已經(jīng)超過了除III-V 族技術(shù)以外的所有薄膜技術(shù)，在過去五年中顯示出快速提升。然而，高效設(shè)備不一定與可行的穩(wěn)定性和制造特性相結(jié)合。對于鈣鈦礦的大規(guī)模地面部署，保持這些高效率同時實現(xiàn)穩(wěn)定性和規(guī)模化將是必要的。與此同時，持續(xù)提高效率本身對于移動、災(zāi)難響應(yīng)或運營能源市場來說可能是有價值的，在這些市場中，輕量級、高功率設(shè)備至關(guān)重要。

鈣鈦礦可以通過改變材料成分來調(diào)整以響應(yīng)太陽光譜中的不同顏色，并且各種配方都表現(xiàn)出高性能。這種帶隙靈活性為高性能串聯(lián)器件架構(gòu)中鈣鈦礦太陽能電池的另一個有用應(yīng)用開辟了道路，潛在的功率轉(zhuǎn)換效率超過 30%。在這些結(jié)構(gòu)中，鈣鈦礦與另一種不同調(diào)諧的吸收材料相結(jié)合，以提供更大的功率。某些成分的鈣鈦礦太陽能電池可以非常有效地將紫外線和可見光轉(zhuǎn)化為電能，這意味著它們可能是吸收劑材料（如有效轉(zhuǎn)化紅外光的晶體硅）的極好混合串聯(lián)搭檔。也可以將兩個不同成分的鈣鈦礦太陽能電池組合在一起，以生產(chǎn)僅含鈣鈦礦的串聯(lián)電池。這樣做可以帶來更高的效率和更具成本效益的串聯(lián)光伏 (PV) 應(yīng)用。僅鈣鈦礦串聯(lián)在移動、災(zāi)難響應(yīng)和國防作戰(zhàn)能源領(lǐng)域可能特別具有競爭力，因為它們可以在具有高功率重量比的柔性基板上生產(chǎn)。

優(yōu)先事項二 – 穩(wěn)定性和降解性：鈣鈦礦太陽能電池已顯示出具有競爭力的效率和更高性能的潛力，但與領(lǐng)先的光伏技術(shù)相比，它們的穩(wěn)定性非常有限：它們不能很好地抵御潮濕、氧氣和長時間的光照，或高溫。為了提高穩(wěn)定性，研究人員正在研究鈣鈦礦材料和接觸層的降解。提高電池的耐用性對于商業(yè)鈣鈦礦太陽能產(chǎn)品的開發(fā)至關(guān)重要。

盡管在理解鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性和退化方面取得了重大進展，但目前的使用壽命在商業(yè)上并不可行。移動市場可能會容忍較短的使用壽命，但存儲期間（使用前）的穩(wěn)定性仍然是該領(lǐng)域的關(guān)鍵性能標(biāo)準(zhǔn)。對于主流的太陽能發(fā)電，不管其他好處如何，不能運行超過二十年的技術(shù)不太可能可行。

早期的鈣鈦礦設(shè)備退化迅速。幾年前，典型的鈣鈦礦設(shè)備會在幾分鐘或幾小時內(nèi)退化到非功能狀態(tài)?，F(xiàn)在，多個小組已經(jīng)證明了幾個月的運行壽命。對于商業(yè)電網(wǎng)級電力生產(chǎn)，SETO 的目標(biāo)是運營壽命至少為 20 年，最好超過 30 年。

鈣鈦礦光伏研發(fā)界非常關(guān)注運行壽命，并正在考慮采用多種方法來了解和改善內(nèi)在和外在穩(wěn)定性和退化。努力包括改進吸收層的表面鈍化；吸收層、電荷傳輸層和電極的替代材料和配方；先進的封裝材料和方法，可減輕制造和操作過程中的降解源。

評估鈣鈦礦降解的一個問題與開發(fā)一致的測試和驗證方法有關(guān)。研究小組經(jīng)常根據(jù)不同的測試條件報告性能結(jié)果，包括封裝方法、大氣成分、照明、電偏置和其他參數(shù)的可變性。雖然如此多樣的測試條件可以提供洞察力和有價值的數(shù)據(jù)，但缺乏標(biāo)準(zhǔn)化使得直接比較結(jié)果具有挑戰(zhàn)性，并且難以根據(jù)測試結(jié)果預(yù)測現(xiàn)場性能。這會影響整個鈣鈦礦研發(fā) (R&D) 社區(qū)，獨立于任何特定的研究領(lǐng)域、材料集或穩(wěn)定性改進方法。

優(yōu)先事項三 - 可制造性：需要擴大鈣鈦礦制造規(guī)模才能生產(chǎn)鈣鈦礦太陽能電池。使過程具有可擴展性和可重復(fù)性可以增加制造量，并使鈣鈦礦光伏模塊能夠滿足并可能超過辦公室的平準(zhǔn)化電力成本目標(biāo)。

這些電池是由多層材料制成的薄膜設(shè)備，這些材料是用液體墨水印刷或涂覆的，或者是真空沉積的。在大規(guī)模制造環(huán)境中生產(chǎn)均勻、高性能的鈣鈦礦材料很困難，而且小面積電池效率和大面積模塊性能之間存在顯著的性能差異。鈣鈦礦制造的未來將取決于解決這一挑戰(zhàn)，這仍然是光伏研究界的一個活躍工作領(lǐng)域。

各種方法已被用于生產(chǎn)實驗室規(guī)模的鈣鈦礦設(shè)備。這些方法中的許多方法都不容易擴展，但是在將高度可擴展的方法應(yīng)用于鈣鈦礦制造方面付出了巨大的努力。對于薄膜技術(shù)，這些生產(chǎn)線可以分為兩大類：

Sheet-to-Sheet：器件層沉積在剛性基板上，該基板通常用作完成的太陽能模塊的前表面。這種方法常用于碲化鎘薄膜工業(yè)。

卷對卷：器件層沉積在柔性基板上，然后可以用作完整模塊的內(nèi)部或外部。研究人員已將這種方法用于其他光伏技術(shù)，但由于難以獲得高太陽能轉(zhuǎn)換效率（與制造方法無關(guān)），因此并未獲得顯著的商業(yè)吸引力。然而，它被廣泛用于生產(chǎn)照相和化學(xué)膠片和紙制品，例如報紙。

這些制造方法的可擴展性使鈣鈦礦有可能實現(xiàn)比硅光伏更快的容量擴展。所考慮的工藝在薄膜和顯示器行業(yè)中已經(jīng)成熟，可以輕松利用圍繞工具和組件的知識和供應(yīng)鏈，以進一步降低擴展成本和風(fēng)險。

商業(yè)化的其他障礙是與鉛基鈣鈦礦吸收劑相關(guān)的潛在環(huán)境影響。因此，正在研究替代材料，以評估、減少、減輕和潛在地消除毒性和環(huán)境問題。

優(yōu)先事項四——技術(shù)驗證和可融資性：驗證、性能驗證和可融資性——確保金融機構(gòu)愿意以合理的利率為項目或提案融資——對于鈣鈦礦技術(shù)的商業(yè)化至關(guān)重要。測試協(xié)議的可變性和最少的現(xiàn)場數(shù)據(jù)限制了比較鈣鈦礦設(shè)備的性能和建立對長期操作行為的信心的能力。

當(dāng)前的太陽能光伏設(shè)備測試協(xié)議是為現(xiàn)有的主流光伏技術(shù)開發(fā)的。這些使用基于數(shù)十年與室外性能相關(guān)性驗證的協(xié)議進行室內(nèi)測試。它們可能不是新光伏技術(shù)長期戶外性能的良好預(yù)測指標(biāo)。使用能夠充分預(yù)測長期戶外性能的測試協(xié)議進行客觀、可信的驗證對于獲得對鈣鈦礦技術(shù)的足夠信心至關(guān)重要，從而能夠投資于生產(chǎn)放大和部署。鈣鈦礦太陽能電池快速變化的材料和器件成分使這種標(biāo)準(zhǔn)化驗證特別具有挑戰(zhàn)性和重要性。

SETO 監(jiān)控研發(fā)和制造社區(qū)的進展，并與潛在的感興趣實體、投資者、金融家和最終用戶合作，為大容量發(fā)電市場的鈣鈦礦光伏的商業(yè)部署制定基準(zhǔn)和目標(biāo)。這些基準(zhǔn)和目標(biāo)可能會隨著人們對千兆瓦級鈣鈦礦光伏器件的制造和部署的進一步了解而發(fā)展。

正在探索各種材料、器件結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)，目前尚不清楚這些方法中哪一種最有前途。單結(jié)鈣鈦礦電池和模塊的目標(biāo)將與混合鈣鈦礦串聯(lián)和全鈣鈦礦串聯(lián)的目標(biāo)不同。以下是一些與刺激鈣鈦礦光伏商業(yè)化相關(guān)的廣義早期目標(biāo)。后期目標(biāo)正在開發(fā)中，將在未來發(fā)布。

隨著鈣鈦礦光伏的商業(yè)化，必須在展示高功率轉(zhuǎn)換效率和高穩(wěn)定性、利用可擴展的制造工藝以及從單個電池擴展到具有更大活性面積的多電池模塊之間取得平衡。這里提供的目標(biāo)是針對模塊而不是單元。有源區(qū)效率的一些損失是從電池擴展到模塊所固有的.為了使鈣鈦礦光伏技術(shù)走向商業(yè)可行性，在早期階段需要實現(xiàn) 18% 至 25% 的功率轉(zhuǎn)換效率目標(biāo)，這已通過范圍從幾十平方厘米到平方米的多電池模塊得到證明。器件堆棧中超過一半的層（包括鈣鈦礦層）應(yīng)使用可擴展的沉積技術(shù)以相關(guān)的吞吐量或沉積速度進行沉積，以實現(xiàn)大批量制造。最初，這些模塊應(yīng)該能夠證明操作穩(wěn)定性，在 1,000 小時的加速測試后保持其原始輸出的 80% 到 95%。這些數(shù)字在未來需要進一步改進，以代表期望的十年運行壽命。