钙钛矿专家交流纪要–20221214

钙钛矿基础特点光伏行业所说钙钛矿专指甲胺、甲脒等与铅、碘、溴组成的 形八面体结构材料，AMX3具有消光系数高、弱光性能好、寿命高、制备工艺简单的特点。消光系数高：可以做薄，实现柔性的应用；1.弱光性强： 光伏建筑一体化 应用前景较好；BIPV( )1.制备工艺简单：较晶硅电池更低的度电成本。1.效率进展：单节效率1.小面积： （ ）韩国某大学25.7% 0.1cm2大面积： （ ）松下17.9% 800cm2国内：单节 （ ）中国科技大学23.7%1.0cm2模组 （ ）华北电力大学与瑞士联邦理工大学合作22.44% 26cm2叠层1.钙钛矿与晶硅叠层：小面积：未知 （ ） 瑞士联邦理工1.1cm2大面积： （ 组件）牛津光伏26.8% 274cm2钙钛矿与钙钛矿叠层：起步阶段小面积： （ ）南京大学 谭海仁28% 0.005cm2大面积：（ 小组件）南京大学 谭海仁22% 20cm2效率极限1.从染料敏化技术开始发展 年来，通过界面修饰等手段，理论效率可以达到 ，如13 31%果做到最佳代谢（ ），最高达 ，高于 等各类晶硅电池1.35-1.38eV 33.4% HJT/TOPCON的效率。27%-29.4%同时以 中试线为例，组件效率 时，钙钛矿成本为晶硅的 ；实际量产如达1GW 18% 80%到 组件效率，成本为晶硅的 。20% 50%成本组成：以效率为导向，主流结构从介孔向平面转变（万度光源介孔结构效率低，但稳定性强）。平板结构的组件包括透明电极 靶材，电子传输层氧化锡氧化钛等，空穴传输层的有ITO机的 或无机的氧化亚铜等，电极则在实验室环境使用金银铜等，实际投产时为了PTAA降本会选择碳电极等。常规 中包括铟这一稀有元素，结合工艺难度成为钙钛矿电池ITO成本中占比较高的部分。量产面临的困难：稳定性差1.因为钙钛矿时离子型的晶体，内部会有很多缺陷，离子会在内部扩散导致性能下降。面积放大的问题1.制造工艺不同于晶硅电池，钙钛矿通过反应形成而不是结晶，在大面积基底上会出现先后反应的情况，成膜均匀性差，提高串联电阻，引起效率下降。一旦成膜不好出现孔洞，会导致电极短接。目前大面积钙钛矿的效率是远低于小面积的实验室效率的。工艺优劣：目前大面积的制备工艺主要包括溶液涂布如狭缝涂布、刮刀涂布，以及真空镀膜等，或者二者结合。溶液涂布（如狭缝涂布或者说印刷）：工艺简单，设备廉价，效率和稳定性高。但厚1.度和均匀性不好控制。真空沉积 蒸镀（如 ）：厚度和均匀性控制好。但由于两层沉积材料之间反应不彻2. / PVD底产生的残留会影响钙钛矿的稳定性和效率。同时以碘甲胺为例在真空下在设备中产生酸性环境，对设备破坏性很大。当前机构常用工艺为先真空沉积一层碘化铅，再溶液法印刷碘甲胺，但依旧存在反应不均匀和残留问题。大面积钙钛矿的主要难点就是如何在溶液中形成大量的结晶，以提升镀膜的均匀性。度电成本：晶硅与钙钛矿电池的材料成本对度电成本的比较起决定性作用，但晶硅电池的材料成本主要在硅上，钙钛矿的材料成本中，碘化铅和碘甲胺只占到了 。钙钛矿电池的材料成4%本主要来自透明电极、电子传输层和空穴传输层等。如使用有机的 ，相比无机材料成本上升 倍；如为了提高效率把铜电极换金电极，PCBM 3成本也会提升 倍。2-4后续降本方案主要围绕材料，而设备花费提升对度电成本影响不大。由于当前钙钛矿的稳定性远未达到商业化需求，将度电成本和生命周期进行曲线归一化分析可以发现，寿命提升对度电成本下降作用很大。同样的，假设效率从 提高到 ，度电成本也会19% 21%有 的降低。综上，提升效率和稳定性，可以大大降低钙钛矿的度电成本。20-30%应用方向：单节电池；1.叠层电池；（尚处于实验室阶段）1.弱光环境；如 （光伏幕墙等）BIPV1.柔性；由于含铅等毒性物质，消费级市场可能有较大的推广阻力1.工艺流程：资料来源：中金公司研究部提问环节：消光系数与电池厚度的关系？1.消光系数是指溶液或薄膜单位厚度下入射光与透射光的比例。晶硅电池是间接代谢，钙钛矿是直接代谢，消光系数高所以可以做到很薄就吸收大量的光。封装过程 的使用量？与硅电池使用 的差异？POE POE1.目前所知的 封装方式除借鉴晶硅的层压外，也有简单的紫外固化胶。醋酸乙酯POE（ ）胶膜会与钙钛矿组分反应，不能使用，所以 使用较为广泛。 同时加工温度EVA POE不能太高。产业界和学术界的具体合作组合？1.资料来源：中金公司研究部．评价 优势？国产化进程？4 RPD传统的 等镀膜工艺在面板工业使用广泛，韩国等国外企业具有一定优势。但钙钛矿PVD所用镀膜工艺与传统有一定区别，如在沉积镀膜过程中温度不能太高，靶材等材料的变化等等，所以国内还是有抢占专利与市场的机会。如捷佳纬创有 设备交付。RPD．除真空镀膜和溶液涂布外，是否有新工艺的可能性？5目前无更优工艺。真空蒸镀有顺蒸法和共蒸法，共蒸法在反应速度和残留等方面有优势。但二者都有有机盐在真空下分解，对真空腔体的腐蚀破坏问题。设备开发方如果能解决这个问题会有竞争力。．电子传输层和空穴传输层使用的主流材料？6电子传输层蒸镀除 外还有原子层沉积（ ）工艺，使用的前驱体会有差异，四甲PVD ALD基胺基锡？的话就是用靶材，加入一些掺杂（镁、铝、铜）提升稳定性，掺杂比例PVD尚待研究。在电子传输层使用溶液法的话需要较贵的有机材料，效率高但稳定性不好，存在开发既稳定有便宜材料的空间。．离子迁移问题？7不同于晶硅电池，钙钛矿对缺陷的容忍度较高，比如 的 次方到 次方每立方厘10 15 17米的缺陷都能实现较高的光电转化效率。这些缺陷会导致离子在运营过程中运动，使得整体产生破坏或崩解，或是迁移到其他层。解决方法有： 、在钙钛矿材料中加入一些促进结晶、减少缺陷的钝化材料；以及进行界1面层的开发，也叫类封装，类似于 的钝化；HJT、电极也会在工作时产生扩散，如碘和银很容易反应，需要在银电极和载流层间加一层2阻隔层，也叫内封装层。、钙钛矿怕水怕氧，需要外封装。学术界提出封装材料的透过率指标如使用晶硅电池的，3是否适用，钙钛矿可能需要更严格。可能需要开发透过率更低的封装材料。万度光源的介孔结构电池特殊，可以通过 的测试；纤纳光电最近宣布一款电池通过了双IEC61215试验，但该试验只是 小时，基于此能否推出 年的使用寿命，学术界是有85 1000 20-25争议的。因为晶硅十分稳定，但钙钛矿是离子型的，在光照和暗光环境的内建电场不同，标准是没有光 暗设计的，而实际环境下光暗往复的应力对寿命影响是非常大的。研IEC -究成果表明，相比稳定光照条件，钙钛矿在光暗变化状态会很快衰减。另外不确定稳定性评价标准是否关注了效率之外的迟滞效应，比如开始正反扫效率都是 ，过了20% 1000小时候，正扫是 变化不大，但反扫只有了，这就表明器件已经在衰减了，只是20.1 18效率显示不出来。所以产业界需要一个钙钛矿专用的类似 的标准。IEC．钙钛矿钝化与晶硅钝化的差异8钙钛矿钝化是通过化学上的退位实现的，比如某个铅没有碘了，补充一个跟铅 退位的氧元素，维持本身的结构。．考虑暗态交错会影响寿命，现在有没有公认的寿命记录？9万度光源的结构过了 小时，纤纳光电过了双 测试 小时，但具体能用多久10000 85 1000没有更多数据。如果不考虑迟滞效应，大概就是 小时，还是需要一个适用于钙钛10000矿的类似 的标准。标准的制定各家都在参与。IEC．高透明性应用，如不同颜色在效率上的影响？10高透明性不会影响效率，半透明器件两面透光反而会提高很高效率，比如透过幕墙后，分母（光照强度）变小了，得益于弱光性能强，就会得到 以上的转化效率。（计算40%标准不同）．万度的介孔结构优劣？ 11最大的优势就是高稳定性。劣势：①使用碳电极，厚度大，不能半透明；②介孔使用氧化钛，紫外光会使得氧化态分解，但有新文献表明使用氧化锡介孔已经解决了这个问题；③介孔结构没有空穴传输层，效率上限较低，实验室 ，万度产品 。17% 14-15%．光伏后续发展方向？叠层是否会高速发展？12叠层的关键在中间层，厚度不能太厚，怎么在起伏的底面上做 纳米左右的成膜是工300艺难点。同时，稳定性是钙钛矿单节和叠层的共性问题。如果能解决稳定性问题，传统晶硅龙头企业在晶硅已经很接近理论效率极限的情况下，可能会发力占据钙钛矿 晶硅叠/层的先机。．钙钛矿的理论极限 和 两种说法的区别？13 31% 33%的带隙宽度计算下是 ，但最好的宽度 ，理论效率能达到 左右，1.48eV 31% 1.35eV 33.4%但需要掺入锡替换铅，很容易被氧化，产业应用落后于铅。．钙钛矿叠钙钛矿的情况？14专家个人意见钙钛矿 硅叠层率先产业化，然后是单节（包括组件， 等），随后才是/ BIPV钙 钙叠层，因为技术难点更多，并不是解决单节的稳定性，就能解决叠层的稳定性问题/的（含有易氧化的 ），推测落后 年左右。Sn 3-5．钙钛矿电池的电子空穴来自于哪种组分？15通常都是碘和铅（不能具体到铅或碘，分不开）