钙钛矿专家访谈–20231010

钙钛矿专家访谈20231010 钙钛矿光伏电池的发电原理？ 尽管光伏市场哀鸣四起，新兴技术钙钛矿电池的发展却如火如荼。节前最后一天我们见到了久违的钙钛矿专家。以下为访谈纪要： 核心是光生伏特效应。 钙钛矿专家访谈20231010 钙钛矿光伏电池的发电原理？ 尽管光伏市场哀鸣四起，新兴技术钙钛矿电池的发展却如火如荼。节前最后一天我们见到了久违的钙钛矿专家。以下为访谈纪要： 核心是光生伏特效应。其物理过程为：钙钛矿吸光层吸收光子之后，入射光将电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对，然后电子-空穴对在吸光层内部迅速分开，接着电子通过电子传输层输送到阳极，空穴通过空穴传输层输送到阴极，随着电子和空穴不断在阳极和阴极的堆积，两级之间产生了光生电动势。若此时装置与外部电路相连，便有光电流输出。 钙钛矿电池的优势和发展空间？ 材料成本低，设备投入少，转化效率高。 钙钛矿组件的GW级别产能投资仅约为晶硅组件的一半。根据协鑫光电测算，晶硅组件全产业链的投资成本约为9.6亿元/GW，而钙钛矿组件的产能投资约为5亿元/GW，仅为晶硅组件的一半左右。协鑫光电计划到明后年GW级量产的时候，成本约0.7-0.8元，效率达到18%以上，这个时候或可以和晶硅PK成本。 钙钛矿电池拥有更高的理论转换效率，未来发展空间更大。追求持续的降本增效一直是光伏行业发展的主旋律，目前晶硅电池越来越接近29.4%的理论极限，发展潜力有限；而钙钛矿电池拥有更高的31%理论转换效率上限，且可与其他电池进行双节、三节叠层，分别达到35%和45%的转换效率。 叠层的两种思路？ A、组件级别的叠层，将钙钛矿做到上层的玻璃上，用带着钙钛矿组件的玻璃替代了晶硅组件的前面的玻璃板，将钙钛矿和晶硅分别做成组件，将两个组件叠在一起，通过电压的匹配并联在一起；选择这个技术路线的公司主要有隆基、晶科、天合等。 未来的趋势是单结还是多结？ B、是串联级叠层，也是电池级别的叠层，把钙钛矿做在每一片的晶硅电池上面，在通过串焊把电池串起来，用一个传统的封装方式封起来形成组件。协鑫选择的是组件级别的叠层。 单结叠层是权宜之计，当前单结钙钛矿和晶硅相比没有碾压性的优势，又要活下来。多结叠层电池才是效率突破30%的唯一途径，这是行业的共识。协鑫光电首先做了组件级别的叠层，仁烁则是直奔多结。 组件叠层的竞争优势？ 主要优势是可以把钙钛矿的制造和晶硅解耦合，不需要考虑上表面是钝化层还是TCO层，把钙钛矿做到玻璃上；可以容纳所有的晶硅路线。 主要难度在于钙钛矿工艺本身。另外还有隐藏的工艺问题，钙钛矿所用的涂布、大面积蒸镀PVD和长距离激光划线都是天然适合做大面积的，有利于单位产能投入的降低，即成本降低。 厚度增加主要是前后两块玻璃，2毫米X2。 协鑫光电目前效率17%左右，团队23年底的目标是18%。计划到24年会在20%的钙钛矿组件效率基础之上，推26%以上效率的叠层。目前看，这个组件效率在市场上是无敌的。 未来钙钛矿层失效对组件的影响？ 组件整体失效。如果是组件堆叠的方式，未来或开发出上层失效后，晶硅组件独立发电的方案。钙钛矿的稳定性如何？ 钙钛矿作为一个材料技术为基础的学科，随着配方的复杂化，不但效率在提升，稳定性也一直在提高，在一定的工作条件下，至少在25年到30年之内，钙钛矿表现的跟晶硅一样稳定。未来钙钛矿的稳定性、寿命能够达到跟晶硅接近的水平，或者跟晶硅不相上下。调研中，专家多次强调80摄氏度工作上限。 钙钛矿含铅不环保？ 工程上要重点考虑的问题主要在封装。主要防止裂缝渗水。胶膜、POE用量或增加。 材料如果不含铅，效率只有个位数。目前材料的含铅量是满足安全标准的。而且，在实践中，钙钛矿组件一旦出现裂缝，材料中的铅会被氧化，氧化后的铅很难溶出，不会对环境造成污染。 晶硅电池中的焊带含铅量也很高，无铅的焊带成本高且容易脱焊。 钙钛矿电池制备的主要工艺路径？ 钙钛矿电池产品结构原理和硅基电池差异较大，需全新的工艺流程和产线设备，目前产线所需的设备主要分为镀膜设备、涂布设备、激光设备与封装设备。钙钛矿电池在结构上由多个功能薄膜叠加而成，其制备在方法上也是在基底上一层层累置薄膜而成。整个过程中三层薄膜(空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层)制备最为关键，涂布机、镀膜设备(PVD、RPD)和激光设备为核心设备，制备大面积、高性能、均匀稳定、高质量的薄膜是其中关键。 ➢TCO玻璃基板层：可以直接采购，或在玻璃底上制备透明导电层，较为成熟。 ➢空穴传输层：使用PVD(蒸镀1磁控溅射等)或涂布，难点是工艺参数的调整。 ➢钙钛矿层：主要使用涂布印刷(狭缝涂布等)。 ➢电子传输层：使用PVD(蒸镀1磁控溅射/离子镀RPD)或涂布。 ➢背电极：主要使用蒸镀PVD或磁控溅射PVD，相对较为成熟。 钙钛矿设备和晶硅电池设备门槛对比？ 按100MW，单线钙钛矿核心设备投资价值分布：PVD设备2*2000>涂布机2*1500>RPD设备1*3000>激光设备4*300。 钙钛矿对于设备的要求是比以前的晶硅行业要高很多。比如激光加工环节，激光用来给Perc开槽，划片，精度要求都是10微米以上量级的，有个15左右的精度就已经足够了。但是钙钛矿要求百纳米级别的加工深度。所以其实就有两个数量级的差异了。对于激光设备的光源的稳定性、装配的精度、机台的稳定性都提出了新的要求。而且随着效率的提升以及将来叠层技术的导入，钙钛矿对于设备的需求会越来越像半导体行业。所以我们国家已经完全的掌握了晶硅整个产业链上的所有的设备，但是对钙钛矿产业链上的重要的设备，国产化率还并不是非常的高。 如何看待激光工艺的重要性？ 透明导电层的图形化，单次开2米长的200个槽，保证速度、均匀稳定性有一定难度。清边也需要用到激光。详细主要在以下四步： P1工艺：通过激光设备分割底部的TCO衬底。在导电玻璃电极TCO层制备完成后，在制备空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层之前通过激光设备进行划线，形成相互独立的TCO衬底。激光划线P2工艺：划开空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层。 P2工艺：露出TCO衬底，为连接相邻两节子电池的正负电极提供通道。完成空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层制备之后，通过激光设备刻蚀空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层，暴露出TCO层，从而在下一步电极蒸镀过程中能够让子电池之间的正负极相互连接。 P3工艺：去除部分功能层以分割相邻子电池的正极，为了保证不损伤P2层，本道工艺对激光设备加工精度要求较高。 激光清边P4工艺：封装前的清理工艺。激光清边是指利用激光技术清除掉电池边缘的沉积膜，而本工艺相对较为成熟，同样可以应用于薄膜电池。激光清边效率较高但是会产生膜层侧边互熔问题，从而导致短路，影响电池的效率和可靠性。业内已研发出两次清边法分别切除前电极和背电极的待去除边缘，避免互熔问题。 激光设备在钙钛矿组件制造设备的占比很高，估算大概15%，在钙钛矿产业链里边的成本占比相对于晶硅显著提升。激光设备的精度和工艺效果对组件的性能和寿命都有巨大的影响，如果出现像一些短路或者断路的点，它引发的反向充电、反向偏压等等会在相当大程度上影响寿命。此外还有设备供应商，它其实很难脱离产线工艺来单独地开发一个设备，真正有效的设备迭代应该是设备供应商和生产商紧密合作的工艺迭代，这才能够取得比较好的效果。 激光器功率不大十几瓦就够了。目前国内做的比较好的是DZ、MW、XM、QT、JXK，还有最近德沪投资的乐成智能创业公司。 补充：机构CPIA预测，到2030年钙钛矿光伏组件渗透率有望达到30%，对应全球设备市场规模将达到837.55亿元，2023年-2030年的 CAGR（年复合增长率）超过80%。据此测算，钙钛矿激光设备的市场规模将达到约167亿元。 如何评价PVD在钙钛矿电池制备中的作用？ 钙钛矿组件中最贵的部分？ PVD投入比较高，但是成本质量好，厚度可控。 电极层。本质是PVD比较贵。 钙钛矿层的工艺路径，涂布还是蒸镀？ 钙钛矿层主要用涂布法，缓冲层主要为蒸镀。涂布过程主要控制湿度和灰尘，目前涂布材料利用效率达到95%以上。蒸镀的材料利用率低，大概 3-4成，且材料的选择、控制会受到工艺限制，没有竞争优势。 但缓冲层主要的工艺路线是RPD，所以蒸镀工艺很尴尬。 很多设备厂都说自己可以做整线？ 目前钙钛矿狭缝涂布龙头主要是德沪涂膜（市场占有率超70%），弗斯迈等在研。 甲方在很多环节上都还摸不着头脑，整线的故事为时过早。