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钙钛矿电池产业化难题

发布时间:2024-01-23 来源:元禄光电

在现阶段技术路线、制备工艺并不确定的背景下,钙钛矿电池产业化之路仍面临着重重阻碍,比如大面积效率低、稳定性差、结晶工艺的不确定性等。

1.1 大面积组件光电转换效率低

目前钙钛矿电池实验室效率进展迅速,但大多为1cm以下的小面积薄膜,随着组件面积放大,电池效率不增反降。

为什么钙钛矿电池大面积效率损失严重?一是钙钛矿薄膜的大面积制备工艺不成熟,不够均匀导致成膜质量差;二是大面积薄膜组件进行激光划线后易产生电阻损耗、并产生死区。

针对这些问题,行业已形成初步解决方案。

工艺方面,大面积制备钙钛矿层主要采用狭缝涂布和蒸镀两种方式,但涂布法需要保证成膜过程中的化学一致性,真空蒸镀生产成本较高,方法仍不够完善。

设备方面,激光划线产生电阻损耗、热损伤、死区的解决思路主要包括添加隔离层、提高设备精度、优化划线区域等。

1.2 组件稳定性差

钙钛矿电池吸光层的稳定性受环境因素影响,易水解、高温易分解、温度变化下相变、光照和氧气作用下发生光致分解等;内部因素也在一定程度上造成了钙钛矿的不稳定性,电极材料常用贵金属,但金属原子易扩散造成吸光层分解,且钙钛矿材料离子特性明显,易发生离子迁移,吸光层的碘离子也会腐蚀金属电极。

关于易水解的问题,范斌给出了解释,钙钛矿怕水,但是晶硅、碲化镉也怕水,所以防水是一个共性问题,都是需要封装,封装好了就没事。

封装是为器件提供最外层的保护,目前业界普遍采用POE+丁基胶的封装方式,基本解决了外部的水氧因素导致的衰减。

由于晶硅是金刚石结构,温度达到1400℃才会溶解,而钙钛矿是离子型的晶体,二三百摄氏度就会分解,这似乎说明了钙钛矿高温易分解的不稳定性。

但范斌认为,地球表面使用的光伏组件面临的是85℃以下的温度,在这种情况下,其实200多度和1400多度是等效的,所以未必能够从这一点推出钙钛矿稳定性不如晶硅。

针对钙钛矿本身内部的不稳定,可以从材料和结构两个方面进行优化,主要包括各个膜层的材料改性、界面工程、使用复合电极等手段。

范斌对钙钛矿的稳定性不乏信心,他认为充分解决好钙钛矿的工程化问题之后,钙钛矿的稳定性至少不会比晶硅差。

1.3 结晶工艺存不确定性

生产钙钛矿所使用的PVD、激光设备等在面板行业和传统薄膜电池行业都有参照,但钙钛矿的结晶工艺是一个全新工艺过程,没有类似参照物,不确定因素也随之增加。

据东吴证券,结晶环节是组件尺寸放大和大规模连续制造所面临的核心挑战。晶体的尺寸、均一性和贯穿率直接体现了结晶环节的工艺水平,不均匀结晶会导致电池内部电阻率升高、转换效率下降。

目前,行业内对于结晶的控制并没有形成统一意见,范斌表示,这意味着所有从事钙钛矿研发量产的企业都必须自己开发出相对应的结晶方案。

目前各厂商开发出的方式有三种:一是在涂布环节进行结晶预处理、采用在线结晶方式改善后续晶体生长;二是先蒸镀后涂布,利用有机组分扩散反应提高结晶质量;三是利用自身经验储备自研及改进结晶所用设备、退火炉等提高加热均匀度。

 

 

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