科研项目

大面积高效稳定晶硅-钙钛矿叠层太阳电池技术


项目背景


  大幅增加太阳能发电在国家能源供应中的占比是实现“2060年碳中和”目标的前提保障,是落实我国“四个革命一个合作”能源战略、国家“十四五”规划和2035年远景目标的重要内容。我国目前已经在晶硅太阳能光伏领域的全产业链处于世界主导地位,在此基础上通过技术创新进一步大幅度的提高光伏转换效率、降低度电成本将使我国的光伏产业名片更加稳固和耀眼,对于国家能源安全保障也极其有利。

晶硅光伏产业规模每年逐渐增大,已经逐渐逼近万亿级别。根据普遍估计,光伏转换效率每降低1%,度电成本有望降低5%,可产生的社会和经济效益巨大。但是,晶硅光伏效率已经接近理论可行极限29%,上升空间十分有限,急需通过新的技术原理和路线实现大幅突破。在晶硅电池基础上构建晶硅叠层太阳能电池,双结叠层理论极限可以超过40%,其良好的可行性已经被理论和前沿研究广泛证明。


项目愿景


项目以晶硅- 钙钛矿叠层太阳能电池为主要技术路线,构建能够大幅突破晶硅太阳电池理论极限且有大规模应用潜力的下一代“超高效+低成本”光伏技术。面向30%光伏转换效率、20年户外使用寿命、可扩大化的高目标,形成一整套关键材料、工艺、设计技术和核心知识产权,有效支撑产业转化。



技术优势


晶硅- 钙钛矿二端叠层太阳电池在超高效率这个优势外,还能够与目前的商用晶硅组件兼容使用,这是其他新

型太阳电池不能达到的;

高压低流的叠层电学属性有望使组件的发热损失和栅线银浆的消耗大幅减小;

考虑叠层的额外成本(材料、设备、人力、折旧、维护、公用事业成本),效率>28%的大面积晶硅- 钙钛矿

叠层太阳电池(5%效率增益),有望使组件度电成本下降15-20%。



原理简介


在太阳能的宽阔光谱中,晶硅太阳能电池能够有效的利用近红外区域的光子能量,但不能高效的利用可见光区域的光子能量,约30%的可见光能量由于热弛豫损失而浪费掉。根据叠层太阳电池原理,在晶硅底电池上面直接制备能够高效利用可见光的宽带隙钙钛矿薄膜电池,并通过透明导电层或者电子遂穿结进行电学耦合串联,可以大幅减少热弛豫损失,实现太阳光谱的高效组合利用和开路电压的叠加,将理论转换效率大幅提升到40%。这里面,晶硅底电池厚度约200微米,钙钛矿薄膜顶电池厚度小于1微米,额外成本很低,有望通过低成本方式实现效率的大幅突破。







项目负责人简介:徐集贤

教授 博导


在北京理工大学获得物理电子学学士学位和光学工程硕士学位,2017年在多伦多大学获得博士学位,此后在斯坦福大学、科罗拉多大学伯德分校、美国可再生能源国家实验室开展博士后研究。长期从事光电子材料与器件,及其在新能源、光电探测等方面的应用基础研究。在新一代太阳能光伏技术领域取得了具有一定国际影响力的成果,取得了多项权威认证的世界纪录,收录于NREL Chart和马丁格林效率表,获得2020年科学探索奖。