鈣鈦礦疊層電池知識整理匯總

鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）是第三代高效薄膜電池的代表，憑借良好的吸光性、電荷傳輸速率、巨大的開發(fā)潛力，實現(xiàn)了高效率、高柔性、低成本，被譽為“光伏領(lǐng)域的新希望”。鈣鈦礦太陽能電池還可通過與晶硅電池疊層進一步提升光電轉(zhuǎn)換效率，是未來產(chǎn)業(yè)化的重點發(fā)展方向。

鈣鈦礦-晶硅疊層電池具備高效率、低成本優(yōu)勢，理論極限效率有望達 43%以上。硅異質(zhì)結(jié)電池在單晶硅電池高轉(zhuǎn)換效率的基礎(chǔ)上，有效降低了成本，是目前硅電池研究領(lǐng)域的主流方向。鈣鈦礦-硅異質(zhì)結(jié)疊層電池能更加合理地利用全光譜范圍內(nèi)的光子，減少能量損失，是突破單結(jié)電池效率極限的重要方法，根據(jù) ACS Publications，鈣鈦礦-硅異質(zhì)結(jié)疊層太陽能電池的極限效率在 44%-45%，在單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池 31%的基礎(chǔ)上有顯著提升。

圖片來源：南開大學光電子薄膜器件與技術(shù)研究所

技術(shù)總結(jié)：

1）鈣鈦礦疊層電池：

疊層電池的設(shè)計原理是寬帶隙頂部電池吸收高能量光子，窄帶隙底部電池提高光子利用率 ，二者合作能突破單結(jié)電池的理論效率極限，打開轉(zhuǎn)化效率天花板。效率突破單結(jié)極限，多種技術(shù)路徑持續(xù)探索。

?從材料分類：

可分為鈣鈦礦/PERC、鈣鈦礦/TOPCon、鈣鈦礦/HJT、鈣鈦礦/CIGS與全鈣鈦礦電池等。鈣鈦礦晶硅疊層電池是現(xiàn)階段晶硅電池的升級之選，其中鈣鈦礦/HJT電池或為更優(yōu)解；而全鈣鈦礦電池無需晶硅材料，能實現(xiàn)有效降本，未來隨著量產(chǎn)技術(shù)逐漸成熟，全鈣鈦礦疊層有望成為更優(yōu)選擇。

?從結(jié)構(gòu)分類：

兩端結(jié)構(gòu)為兩子電池串聯(lián)，三端結(jié)構(gòu)兩子電池并聯(lián)，四端機械堆疊結(jié)構(gòu)兩子電池并聯(lián)，光學耦合。兩端集成一體化結(jié)構(gòu)要求兩子電池電流相互匹配，產(chǎn)業(yè)選擇集中于兩端一體化結(jié)構(gòu)，或因其所需透明導(dǎo)電層較少，制備成本低。

2）制備設(shè)備：

看好廣泛PVD與先進ALD。

綜合分析各公司公開專利，疊層電池生產(chǎn)流程相較于單結(jié)電池的增量在于中間層，ALD技術(shù)在其中緩沖層/致密層更占優(yōu)；PVD技術(shù)覆蓋大部分生產(chǎn)流程，價值量占比高。

3）疊層鈣鈦礦電池：

電池廠商厚積待薄發(fā)，產(chǎn)能規(guī)劃持續(xù)萌芽。

目前鈣鈦礦疊層電池尚處于研發(fā)與試驗階段，已有企業(yè)宣布產(chǎn)能規(guī)劃，鈣鈦礦晶硅疊層電池因基礎(chǔ)晶硅技術(shù)成熟，產(chǎn)業(yè)進度快于鈣鈦礦/CIGS疊層電池與全鈣鈦礦疊層電池。

效率方面，小面積鈣鈦礦/晶硅疊層電池效率已超30%，期待大面積疊層電池效率突破。