SNEC光伏展钙钛矿分论坛观点汇总–20230526

NextGenerationPhotovoltaics:Perovskite-basedTandems新加坡国立大学新加坡太阳能研究所(SERIS)一个solarsystem，75%-80%的成本与效率有关，所以降低成本最有效的方法是提高组件效率。单结电池目前效率基本在27%，钙钛矿的记录在26%左右。钙钛矿和晶硅叠层目前主要是两端串联的结构。钙钛矿具有非常好的光电性能，成本便宜；带隙调节范围宽，方便叠层；加工灵活 （干法和湿法）。 钙钛矿薄膜电池：光伏市场中分布式市场非常大，分布式市场对电池柔性和质量有较高要求，目前市场没有发现高效且质量好的产品。传统薄膜电池技术无法同时解决成本和效率问题。钙钛矿有可能实现低成本且效率在25%甚至30%以上。 有机材料：叠层器件里面，有机电池稳定性可以大大提高，主要是有机电池叠起来可以吸收大部分光，即便是红外的光也可以保证较好的吸收。 底电池：钙钛矿更宽的带隙可以降低底电池的厚度。 银纳米金属技术：形成连续功能，基本上是第二个海岛机构，电流损失相对较少，大概3.7%。日本第三方检测效率38.37%。 硅叠层产业化：工业化CG硅片有两大挑战1）CG硅片一般是金刚线切割，会有很大的切合，经过SE处理后，痕迹很 明显，粗糙的表面为钙钛矿毛细生长带来很大的挑战。2）薄硅片，目前试验用的硅片在250微米左右，如果及爱你各地岛130-10微米，电流需要重新分配，钙钛矿需要更宽的带隙。 VOC：填充因子目前在80左右，而钙钛矿和晶硅的单结都可以做到85，因此还有很大的提升空间。 钙钛矿太阳能电池中四靶溅射阴极的低损伤沉积特性和电子传输层的干法工艺京浜RAMTECH株式会社 低损失磁控溅射装置：通过四面对向靶材和磁场布置实现了低损伤沉积，与平面溅射设备相比，作为损伤指标的载体寿命提高了约30%。发现在湿法制程中，钙钛矿电子传输层成膜使用有机材料时，需要退火工艺。 TCO：基板在阴极上进行移动式成膜，RAM阴极会在非常接近靶材的地方形成浓厚的等离子体和反离子，不容易打到基板上。成膜离子不断碰撞，细微化均匀沉积。无论是低功率还是高功率，低损失都有提升。与蒸镀比较，蒸镀几乎是零损失，发现与蒸镀几乎没有差别。 低温，ITO成膜30分钟后，温度基本在60度以下，所以在柔性PET薄膜成膜后几乎没有热损失。表面粗糙度，普通阴极ITO成膜在1.2纳米左右，我们在0.22-0.33纳米，膜层非常光滑。 ETL：现有湿法工艺会产生针孔，影响钙钛矿转化效率；现有溅射镀膜由于大量损失，也会影响转化效率。我们对低损失和针孔得到抑制进行研究。而且氧离子会损伤钙钛矿层，所以只导入亚基状态的氧化锡，再导入亚基和氧气氧化剂复合成膜。 能级越接近，传到效率越高。氧化锡和氧化钙能级比较接近，在氧化钛上沉积氧化锡。电阻，如果要提高传输效率，电阻越小越有利于传属性，但由于电池器件构成不同，有些膜面水平电阻较低会造成短路，所以膜面水平方向有时候需要高电阻。 高功率：在沉积氧化剂时，用Ram阴极，氧流量在30sccm时，电阻率最高；此条件下，高功率沉积的产品变化率比较小，比较平稳。此外还发现，膜厚越薄，成膜压力越低，组织越来越低。相对氧化钛，在氧化钛上沉积氧化锡，会大幅提高电阻率。高功率下可以得到最高VOC。同时单层膜也有很高的开路电压水平现象。表面粗糙度，高功率下表面粗糙度都非常低，很光滑致密。 总结：Ram阴极比平面阴极相对损伤更低，而且高功率下看不到成膜组成的晶架。通过Ram阴极溅射获得高输入限制获得低阻值的表面平滑的IPM，从而实现低损失低电阻的监控。通过抑制基板温度上升的低温成膜，可以在耐热性弱的柔性基板成膜。 Ram兼顾高功率和低损失，能够抑制膜厚、方阻等特性随时间变化较大的问题。Ram阴极可以实现少针孔表面的电子传输层低损伤成膜。Ram阴极通过一起形成氧化镍、氧化锡、氧化钙作为钙钛矿ETL环境进行验证，单层得到了很高的W电阻器件，干法工艺可以有效替代ETL中基层的工艺。由于二氧化锡在过度方向电阻较低，载流子传导效率提高，可以推测胎位电阻。复合成膜高功率条件下获得低损伤高开放电压，从而提供了复合成膜工艺。 双组份硅胶助力光伏大功率组件高效组装富乐天山 密封胶：新产品，为追求高效和更低成本，电池片尺寸越来越大，组件尺寸越来越大，尤其18年之后超过1*2m，装备过程很容易产生变形，就容易溢胶。目前市场使用的90%以上密封胶都是单组份脱肟型，固化过程会释放丁酮肟，可能致癌，有一定的法规限制。 目前推出双组份脱醇型产品解决方案。两者的机理相同，固化过程由两步反应构成，第一步较远剂和水，在催化剂作用下水解，第二步反应水解后的硅醇和基胶产生胶连感，然后固化。但是单组份反应所需水分来自空气，由表及里扩散，固化由外到内进行。双组分的产品，有一部分水是在另一个组份里面的，两个组份混合之后，整个体系都有水，可以进快速水解胶连，因此固化是内外同步固 化，反应机理和单组份有明显不同，固化速度更快。在一个小时后就可以搬运，也可以快速的检测异常。传统所需的固化行也不需要了，节省空间，同时也不需要高温高湿环境，降低能耗，因为是内外部同步固化，可以从根本上避免二次溢胶发生。双组分更健康更环保，同时对组件的常用基材具有很好的粘贴性，性能优异，因此特别适合于组件。 双组份和单组分产品在同样的条件下进行固化速度的测试，发现双组分产品固化一个小时的时候，剪切强度已经 达到0.3兆，但是单组份产品想要达到同样的剪切强度，需要8小时以上。单组份只形成了薄薄的一层固化盒，它是没有硬度的。将两种胶打在羽片上，然后弯折180度。单组份固化3个小时时只要轻轻的用力，里面没有固化的胶就被挤出来了。但是双组份的产品无论怎么用力，都不会有这样的状况发生，因此可以从根本上避免溢胶发生。同时这种产品应用了最新的一些技术，对组件常见的一些基材，包括玻璃、接线盒与边框、钢边框以及各种背板都具有非常好的粘贴性，无论是初始还是经过1000小时的双85老化之后，都能可以保持很好。耐老化性能测试，从 500小时一直做到2000小时，保持率都非常高。 其次，材料本身就具有非常好的耐老化性能，测试了热循环，湿冷老化以及UV老化，特别是UV老化保持率其实非 常高，因此可以在户外使用二三十年绝对不会有问题的。使用时有很大的不同，由原来的一个组份变成两个组份，使用时需要把两个组份混合，测试了不同比例，包括0.8：1以及1:0.8，性能包括本体的拉伸性能以及一些粘贴性 能，均没有明显的差异，都可以放心大胆用，不会有问题。 封装胶：封装胶也是光伏组件另一个重要的组成部分。刚开始，考虑使用有机硅作为封装材料，即使太空中的光伏阵列，也是使用有机硅材料进行封装的。后来地面商业化应用时，早期也用有机硅材料进行封装的，直到上世纪80年代，胶膜的出现，成本更低，工艺更简单，迅速占领了市场。近些年，有机硅封装材料技术的不断发展，以及使用工艺的不断完善和优化，同时组件对于材料的耐老化性能，抗恶劣环境影响的要求越来越高，有机硅封装材料也目前成为一个趋势。公司开发了相应的封装胶以及丁基封边胶，相较于我们传统使用的EVA以及Poe，有更长的使用寿命，因为具有非常好的化学稳定性，耐高低温，耐紫外，寿命可以延长至40年。很好的防护性能使得它有更低的工艺的衰减。 此外，这种材料没有小分子的释放，工艺也进行了优化，固化的温度、时间都是可以调整，固化的过程中没有放热。首先把玻璃进行丁基封边，然后涂附有机硅材料，电 池附上电池片，另一面玻璃也要涂附有机硅材料，然后进行热核，抽真空，然后把气泡排出去。2016年有相关的文献报道，有机硅的封装材料，因为化学性质更稳定，保护更好，所以通过有机硅封装材料制备的组件，经过热循环老化、双85老化以及pid老化等的测试后，保持率、组件衰减都很低。我们产品解决方案客户端测试，pid96功率衰减仅为1.15%。 使用真空蒸发方法制备钙钛矿太阳能电池薄膜相关的研究合肥欣奕华智能机器股份有限公司蒸镀事业部 钙钛矿行业概述：调研机构预测，钙钛矿行目前正在逐步从实验室走量产业化，预计2029年有62.9亿的美金的市场规模，目前国内也出现了MW和GW级投资，预计2026年达到24GW产能。产线投资会带来设备投资，3到5年市场会迎来百亿设备投资的市场需求。 目前钙钛矿产业化处于0到1阶段，不同膜层和不同工艺可能会采用不同设备来进行前期的工艺验证，后期中试产品开发积累工艺路线。空穴传输层会采用溅射设备沉积，钙钛矿吸收层是狭缝涂布或蒸镀设备，电子传输层C60主要是蒸镀设备，钝化层如果是氧化锌用ALD或RPD，如果PCBM/氟化物可能用蒸镀设备。 叠层工艺路线，底电池目前常规可能是HJT，表面会有一些微米级绒毛，直接使用溶液法可能会导致无法形成连续的薄膜。所以第一部分用蒸镀设备来制备碱化铅和溴化铯无机骨架，然后再涂布形成整个钙钛矿层。 蒸镀设备：从2015年开始布局钙钛矿设备，17年时候开始陆续交付一些用于AOI检测行业的蒸镀设备，2022年交付了首条大尺度钙钛矿蒸镀路线，目前完全自主开发的相关产品主要有光电装置和蒸镀设备。光电装置主要包括检测高精密对位系统和蒸发源，核心蒸发源主要分为点源蒸发源和线源蒸发源，以满足不同的材料及不同的蒸镀时长需求。线性蒸发源，它目前交付最大尺寸1.2m宽幅。线源最大容量已经做到1500CC。 蒸镀设备产品布局结构一般会分为团簇式和Inline式。目前团簇式设备主要用于显示行业检测，Inline式用于钙钛矿行业。钙钛矿电池实现商业化必须从实验室从小尺寸逐渐转移到大面积的工业生产。目前大面积电池制备问题，大面积钙钛矿膜层分子结构有可能发生变化；钙钛矿层与不同传输层界面不好控制；连接子电池造成效率损失；面积放大导致串联电阻放大。 目前钙钛矿层主流制备技术就是狭缝涂布和真空镀膜法，涂布设备成本更低，材料使用率高，大气环境下成膜容易 形成孔洞，再现性较差，大尺寸有难度，晶硅粗糙衬底不容易涂布。 真空蒸镀在OLED已经形成大面积量产，8.5代线已经做到1.225*2.2m，真空层膜均匀性好，特别是1-2nm钝化 层；粗糙晶硅衬底不影响蒸镀；沉积速度可以从0.01控制到60。但是设备成本高，材料利用率低。公司利用在OLED积累，开了独特的蒸发乳化物技术和B型坩埚蒸镀C60。目前大面积蒸镀的钙钛矿薄膜表面比较均匀。 产品： 200*200第一代蒸镀机，主要运用于OLED行业，评估材料和器械验证。 370*470第二代2.5蒸镀机，主要用于一些OLED小面积面板生产。 硅基OLED蒸镀机，适用于AR/VR近眼显示、智能穿戴等MicroOLED面板量产。 Inline蒸镀机，研发尺寸650*450，采用线源和点源。钙钛矿蒸镀机，交付1200*600，也在开发1*2m的GW级。 钙钛矿光伏技术昆山协鑫光电材料有限公司 钙钛矿产业化研究阶段还比较初级，工艺分为钙钛矿涂布、PVD镀膜、激光刻线和封装测试。钙钛矿材料本身具 有很强的设计性，材料有多种选择。钙钛矿大面积成膜是问题。 钙钛矿镀膜核心就是涂布，关系到钙钛矿电池质量的核心步骤。钙钛矿微观结构会影响其本身性能，实际发电效率差别较大，小尺寸晶粒薄膜会影响载流子传输会影响电源电压。 激光刻线是薄膜电池特有的电流收集方案，晶硅一般靠印刷栅线。大面积镀膜会导致方阻过大，为实现电流良好收集，需要分成小电池，1*2m组件要分成200份电池。第一步把基底电池划成200个电池，然后沉积缓冲层和钙钛矿层，激光刻线，然后背电极。刻线质量是除了成膜质量之外的另一个制约因素。刻线宽度在几十微米，刻线深度及时纳米。刻线过程中最主要的是P3，主要通过一道光划在钙钛矿层和背电极层，两层材料性质差别。 层压工艺对组件稳定性影响较大。 产业规划：2022年达到14%，2023年3月达到16%，2023年底达到18%，18%是钙钛矿产业化起点。 叠层电池：